UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO 201604 – FISICOQUIMICA OSVALDO GUEVARA VELANDIA ING. DOLFFI ROFRIGUEZ Acreditador ING. MARTHA CECILIA VINASCO Director 2014. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO Las Guías de laboratorio de Fisicoquímica, inicialmente formaron parte del módulo fue diseñado en el año 1991 por EL Químico Luis Evaristo Ayuso Martínez e impreso en los talleres gráficos de Unisur, para la Universidad Nacional Abierta y a Distancia. De allí se actualizaron por el Ingeniero Rubén Darío Múnera en el 2006 quien ha sido tutor de la UNAD en el CEAD PALMIRA, con revisión por parte de los tutores Norman Andrés Serrano Forero y Carlos Germán Pastrana B.; y los Docentes Víctor Jairo Fonseca Vigoya y Manuel Lozano Rigueros. A partir del segundo periodo de 2010, se realiza la actualización por Osvaldo Guevara Velandia, Ingeniero Químico, quien se ha desempeñado como tutor de la ECBTI del CEAD de Duitama y fue ajustada por la Ing. Martha Cecilia Vinasco actual directora nacional del curso. La Ing. Dolffi Rodríguez, apoyó el proceso de revisión y acreditación de contenidos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA INDICE DE CONTENIDO Contenido 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES ................................................................. 5 1.1. Introducción ...................................................................................................... 5 1.2. Justificación ...................................................................................................... 5 1.3. Propósitos: ........................................................................................................ 6 1.4. Objetivos: .......................................................................................................... 6 1.5. Metas: ............................................................................................................... 6 1.6. Competencias: .................................................................................................. 7 1.7. Denominación de Practicas .............................................................................. 7 1.8. Seguridad industrial .......................................................................................... 7 2. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS ..................................................................... 8 2.1. PRACTICA No. 1 Determinación del calor de una reacción química ................ 8 Intencionalidades formativas: .............................................................................. 8 2.2. PRACTICA No. 2 – Determinación De Una Constante De Equilibrio ............. 17 2.3. PRACTICA No. 3 – Equilibrio Líquido-Vapor En Un Sistema Binario. Determinación de un Azeótropo ............................................................................ 24 2.4. PRACTICA No. 4 – Determinación de la tensión superficial de líquidos puros y soluciones ............................................................................................................. 33 2.5. PRACTICA No. 5 Adsorción en la Interface Sólido – Líquido ......................... 43 2.6. PRÁCTICA No. 6 Cinética de reacción: azul de metileno – ácido ascórbico .. 49 1.1. PRACTICA No. 7 Diagrama de Solubilidad de tres componentes .................. 57 FUENTES DOCUMENTALES ............................................................................... 67 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA INDICE DE FIGURAS Figura 1. Ejemplos esquemáticos de calorímetros sencillos ................................. 10 Figura 2. Montaje para la determinación de la Temperatura de ebullición ............ 29 Figura 3. Diagrama triangular para el sistema ácido acético, agua y triclorometano .............................................................................................................................. 60 INDICE DE TABLAS Tabla 1. Volúmenes de solución para los sistemas Fe+3 - SCN- ........................... 21 Tabla 2. Mezclas para elaboración de la curva de calibración Índice de refracción vs. composición ..................................................................................................... 28 Tabla 3. Constantes de la ecuación de Antoine .................................................... 30 Tabla 4. Tensión superficial del agua a diferentes temperaturas ................... 38 Tabla 5. Composición de las muestras preparadas para determinar la curva de solubibilidad........................................................................................................... 63 Tabla 6. Composición en peso al aparecer la turbidez en cada una de las muestras .............................................................................................................................. 64 Tabla 7. Porcentaje en peso de cada uno de los componentes en cada muestras al aparecer turbidez. ................................................................................................. 64 Tabla 8. Recopilación de datos de las rectas de reparto ...................................... 64 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES 1.1. Introducción La Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD, dentro de las fases de aprendizaje establece tres momentos reconocimiento, profundización y transferencia, las guía de prácticas de fisicoquímica están relacionada con esta dos últimas fases, en ellas el estudiante podrá verificar y contrastar algunas de las leyes y teorías que sustentan muchos de los procesos fisicoquímicos, a través experiencias sencillas, que estimulan a los estudiantes a observar, manipular, controlar reportar, analizar y discutir los resultados obtenidos. La guía comprende 7 prácticas, abarca las tres unidades didácticas del curso, se sugiere su realización en el orden diseñado, de tal forma que cronológicamente sea coherente con el desarrollo de las actividades diseñadas en el campus virtual. En cada práctica se relaciona la unidad didáctica, el capítulo y las lecciones que la sustentan, por ello se solicita al estudiante leer y profundizar con anterioridad, y podrá comprender e interpretar los resultados con éxito. Se deja a criterio del tutor encargado de la orientación de las prácticas en cada centro, con base en disponibilidad de equipos y reactivos, la selección y desarrollo de las guías a aplicar, sin embargo se recomienda que la intensidad mínima sea de 12 horas. 1.2. Justificación La Fisicoquímica es una ciencia básica , su comprensión e interpretación se facilita a través del desarrollo práctico en las cuales se demuestran los principios y leyes que sustentan muchos de los procesos industriales, facilita cálculo de requerimientos energéticos, el control y optimización de procesos, la comprensión de fenómenos de transferencia de masa y calor; por tanto se constituye en eje fundamental para operaciones como cristalización, destilación, absorción, destilación, extracción líquido-líquido, adsorción entre otros; si se comprende cual es la fuerza que provoca o induce los procesos, se podrá garantizar su dirección control, y optimización. Las guías entonces acortan necesariamente la brecha entre la teoría, y la práctica. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA 1.3. Propósitos: • Fortalecer los conocimientos y fundamentos de la Fisicoquímica, aplicados y verificados en prácticas de laboratorio. • Preparar al estudiante en los conocimientos básicos acerca de las leyes más generales de la fisicoquímica para poder determinar las propiedades de las diversas sustancias en diferentes condiciones. • Contribuir al desarrollo de las bases conceptuales básicas del estudiante y de su espíritu investigativo a través del desarrollo de competencias básicas, complejas y transversales a partir del estudio sistemático de nociones, conceptos y problemáticas básicas que configuran el campo general de la fisicoquímica. 1.4. Objetivos: • Aplicar los principios de la termodinámica aplicada a procesos adiabática y reacciones de equilibrio. • Comprender las relaciones que sustentan el equilibrio de fases, de dos y tres componentes. • Interpretar fenómenos de superficie como tensión superficial y adsorción, relacionado los factores en modelos matemáticos. • Analizar los factores relacionados con la velocidad de una reacción química. 1.5. Metas: • Presentar y sustentar un informe personal de trabajo como resultado del estudio y análisis sistemático de un determinado campo del saber por él seleccionado, en donde transfiera la utilización de nociones y conceptos en el análisis de algunas problemáticas de la fisicoquímica, utilizando un lenguaje amplio relacionado con ella. • Identificar una problemática de su región acorde con los temas de la materia y aplicará los conocimientos adquiridos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA 1.6. Competencias: • El estudiante describe y analiza de manera suficiente las nociones y los conceptos que constituyen el campo de la fisicoquímica en el estudio de problemáticas que se plantean. • El estudiante comprende e interiorizar los conocimientos de fisicoquímica, para resolver problemas en su campo. • El estudiante comunica los conocimientos adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica. • El estudiante reconoce las bases de la fisicoquímica para enfrentar problemas relacionados con esta área y así poderlos solucionar adecuadamente. 1.7. Denominación de Practicas Practica No. 1 Determinación Del Calor De Una Reacción Química Practica No. 2 Determinación De Una Constante De Equilibrio Practica No. 3 Equilibrio Líquido-Vapor en un Sistema Binario – Determinación de un Azeótropo. Practica No. 4 Determinación de la Tensión Superficial de Líquidos Puros y Soluciones. Practica No. 5. Adsorción en la Interface Sólido – Líquido Practica No. 6 Cinética de reacción: Azul de metileno – ácido ascórbico. Practica No. 7 Diagrama de Solubilidad de tres componentes Número de horas: 18 Horas Ponderación: 25% Puntaje: 125 puntos / 500 puntos 1.8. Seguridad industrial UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Manipular cuidadosamente los diferentes reactivos, verificar el nivel de riesgo de cada uno, y siempre mantenga y respete todas las normas de seguridad. En cada práctica se específica el nivel de riesgo. 2. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS 2.1. PRACTICA No. 1 Determinación del calor de una reacción química Tipo de práctica: Presencial Porcentaje de evaluación: 14.4% Temáticas de la práctica: Calor sensible, calor latente, leyes de la termodinámica, energía libre de Gibbs. Intencionalidades formativas: Propósito(s): • Fortalecer los conceptos desarrollados en el curso de termodinámica y profundizados en Fisicoquímica, específicamente los que involucran transferencia de energía en forma de calor, identificando procesos adiabáticos, calor sensible y calor latente Objetivo(s): • Comprender y aplicar los fundamentos de la calorimetría. • Identificar y calibrar un calorímetro adiabático. • Determinar el calor o entalpía de la reacción de neutralización del HCl con NaOH. Meta(s): • Presentar y sustentar un informe en pequeños grupos colaborativos, donde se evidencia la participación individual y refleje el estudio y análisis de la práctica, organizando, sistematizando y discutiendo los resultados de laboratorio, y su contraste con las teorías o leyes específicas. • Identificar desviaciones de modelos matemáticos o datos teóricos, y las posibles causas de error y desviación Competencia(s): • El estudiante describe y analiza de manera suficiente los conceptos termodinámicos como calor sensible, calor latente, proceso adiabático. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA • El estudiante comunica los conocimientos adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica, con un producto final escrito y sometido a evaluación • El estudiante describe áreas o campos de acción en los cuáles puede transferir los conocimientos adquiridos. Fundamentación Teórica Es importante que el estudiante autónomamente estudie temas referentes a calor de reacción, refuerce conceptos de termodinámica específicamente reacciones de neutralización, calor específico, y cálculos de calor latente y sensible, acá se relacionan los conceptos básicos, que se van a aplicar en la práctica uno. Entalpía o calor de reacción El calor absorbido o cedido por un sistema durante un proceso a presión constante, es la entalpía de dicho proceso y puede medirse empleando un calorímetro adiabático, es decir, aislado térmicamente de sus alrededores. Si el proceso es una reacción química, se habla de la Entalpía o calor de reacción. En la presente práctica, se determinará le entalpía o calor de neutralización de un ácido fuerte, ácido clorhídrico, con un álcali fuerte, hidróxido de sodio. En este caso, se obtiene un producto neutro, el agua, más los iones Cl- y Na+. En todas las reacciones de neutralización en que intervienen ácidos y bases fuertes, el producto es el agua; por lo tanto, la entalpía de reacción (neutralización), es siempre la misma y corresponde a la entalpía de formación del agua cuyo valor es de 13,7 Kcal. /mol o 57,32 KJ /mol. Tal como se mencionó anteriormente, este proceso se efectúa a presión constante; por lo cual puede afirmarse que el calor generado en la reacción es la variación en la entalpía del sistema. Como la entalpía es una función de estado, es decir depende únicamente del estado inicial y final del sistema, se puede escribir que: El calorímetro El calorímetro adiabático es en un recipiente construido de tal manera que su interior quede aislado térmicamente del ambiente. Un termo o vaso Dewar es un buen ejemplo de un calorímetro adiabático. Consiste en una botella de vidrio de doble pared, entre las que se ha hecho vacío para UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA disminuir la transmisión de calor por conducción y convección. La pared interna está recubierta de color plateado para disminuir las pérdidas por radiación. Complementan el dispositivo una tapa aislante, un termómetro y un agitador. (Ver Figura 1 a). El módulo anteriormente descrito puede ser reemplazado por dos o tres vasos de icopor de unos 200-500 mL, colocados uno dentro del otro y soportados por un vaso de precipitados, ver Figura 1 b. Figura 1. Ejemplos esquemáticos de calorímetros sencillos Descripción de la práctica En la práctica se determina el calor de reacción de neutralización de un ácido fuerte (ácido clorhídrico) con una base fuerte (hidróxido de sodio), para ello se tendrán soluciones de estos dos reactivos con una concentración conocida; la reacción se llevará a cabo en un recipiente que impida la transferencia de calor a los alrededores, de tal forma que el calor generado en la reacción puede estimarse por un aumento de temperatura de la mezcla. Considerando que no hay un aislante ideal y que no toda la energía se emplea para elevar la temperatura de la mezcla, sino que una parte es absorbida por las paredes y los demás elementos del calorímetro, se debe efectuar una calibración previa para determinar la cantidad de calor absorbida por el calorímetro y emplear este valor para corregir las determinaciones que se realicen en él. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Equipos UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Calorímetro adiabático Balanza analítica con precisión de pesada de 1 mg o 0,1 mg Plancha de calentamiento o mechero Bunsen Termómetros hasta 110 °C con precisión de 0,5 °C. Alambre de agitación o agitador mecánico de agitación suave Cronómetros Materiales Vasos de precipitado de 600, 250 y 100 mL Balones aforados de 500, 250 y 100 mL Probetas de 250, 100 y 50 mL Bureta de 25 mL con división de 0,1 mL Vidrios de reloj o recipientes pesa sustancias de metal Espátulas o cucharas de tamaño pequeño Soporte universal, pinzas y nueces Guantes desechables de látex Guantes de carnaza u otros termo resistentes Reactivos Agua destilada Solución de hidróxido de sodio valorada de concentración alrededor de 1 N Solución de ácido clorhídrico valorada de concentración alrededor de 1 N. Biftalato de potasio sólido para valorar el hidróxido de sodio. Indicador de fenolftaleína Seguridad Industrial Manipular cuidadosamente el hidróxido de sodio y el ácido clorhídrico debido a que son reactivos corrosivos y generan vapores al ser mezclados con agua. Deben ser manejados dentro de una cabina extractora de vapores o en un lugar bien ventilado. Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Unidad 1: Equilibrio de fases de un componente y clases de soluciones Capitulo 1. Energía Libre Y Equilibrio En Sistemas Unicomponentes Lección 1. Energía libre de Gibbs y Helmoltz Forma de trabajo: A preciados estudiantes, para el éxito y comprensión de la práctica se recomienda cumplir con los siguientes pasos: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Trabajo individual: el estudiante obtiene las guías de laboratorio, prepara un pre informe que contenga: resumen conocimientos previos, diagrama de flujo de la marcha de la práctica y tabla de resultados en blanco. Trabajo grupal: En grupo de trabajo, todos los estudiantes realizan la práctica #1 de laboratorio, para ello previamente deben identificar los materiales que se requiere. Tenga presente que el desempeño individual como grupal, serán tenidos en cuenta en la rúbrica de evaluación del informe de laboratorio. Informe final: El grupo de trabajo realiza los cálculos respectivos, analiza los resultados y responde los interrogantes planteados. Procedimiento: 1. Calibración del calorímetro a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) Prepare el calorímetro de tal manera que el extremo del agitador y del termómetro queden a unos dos centímetros del fondo. Adicione 50 o 100 mL de agua1 a temperatura ambiente. Tape y permita que ocurra el equilibrio térmico. Registre la temperatura inicial y el volumen exacto de agua. Caliente una porción de agua hasta una temperatura cercana a 40 °C. Registre el valor exacto de la temperatura y adicione 50 o 100 mL de esta agua al calorímetro, tapando rápidamente para evitar la pérdida de calor. Registre el volumen exacto de agua adicionada. Agite y lea la temperatura cada 10-15 segundos, durante 5 minutos. Continúe leyendo la temperatura en función del tiempo hasta que esta alcance un valor constante o presente un descenso regular durante 5 minutos. Destape el calorímetro, retire el agua y seque perfectamente todas las partes. Repita el procedimiento anterior una vez más para obtener una réplica de los datos. Calcule la capacidad calorífica del calorímetro. 2. Determinación del calor de neutralización del HCl con NaOH a) 1 Prepare el calorímetro de tal manera que el extremo del agitador y del termómetro queden a unos dos cm del fondo. Los volúmenes de agua o solución deben ser tales que al final, el calorímetro quede lleno hasta las ¾ partes de su capacidad. El bulbo del termómetro debe quedar sumergido en todo momento. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA b) c) d) e) f) g) h) i) j) Adicione 50 o 100 mL de solución de HCl 1 N a temperatura ambiente. Tape y permita que ocurra el equilibrio térmico. Registre la temperatura inicial y el volumen exacto de solución adicionada. Mida un volumen igual de solución de NaOH 1 N y mida su temperatura. Trate que la temperatura de esta solución sea la misma del HCl dentro del calorímetro; para esto puede enfriarla o calentarla suavemente. Registre el valor exacto de la temperatura de la solución de NaOH y adiciónela al calorímetro, tapando rápidamente para evitar la pérdida de calor. Agite y lea la temperatura cada 10-15 segundos, durante 5 minutos. Continúe agitando y leyendo la temperatura en función del tiempo hasta que esta alcance un valor constante o presente un descenso regular durante 5 minutos. Destape el calorímetro, retire la mezcla. Lave y seque perfectamente todas las partes. Repita el procedimiento anterior una vez más para obtener una réplica de los datos. Calcule el calor de reacción. Cálculo de la capacidad calorífica del calorímetro Con la medida de la variación de la temperatura del agua, es posible calcular el calor que ésta ha cedido. Dado que el sistema es adiabático, el calor cedido por el agua, Q1, es igual al calor tomado por el calorímetro2, Q2. El calor cedido por el agua, -Q1 (El signo indica pérdida de energía), es: Donde, m es la masa total de agua adicionada al calorímetro. c es el calor específico del agua (1 cal /g*°C o 4,184 J /g*°C). Ti es la temperatura del agua calentada, inmediatamente antes de adicionarla al calorímetro. Tf es la temperatura final del agua en el calorímetro = Temperatura del sistema. Por otra parte, el calor absorbido por el calorímetro, +Q2 (El signo indica ganancia de energía), es: 2 El sistema no es perfectamente adiabático, así que pueden presentarse algunas pérdidas de energía; sin embargo para los efectos de la práctica estas no se consideran significativas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Donde, K es la capacidad calorífica o equivalente en agua, del calorímetro. T0 es la temperatura inicial del calorímetro más el agua a temperatura ambiente. TF es la temperatura final del agua en el calorímetro = Temperatura del sistema. Como se dijo antes, -Q1 = +Q2, entonces: 3. Cálculo del calor de neutralización El calor liberado por la neutralización se emplea en incrementar la temperatura de la mezcla y en elevar la temperatura del calorímetro. El calor necesario para elevar la temperatura de la mezcla de soluciones es: Donde, msol es la masa total de las soluciones adicionadas al calorímetro. csol es el calor específico de la solución3. Ta es la temperatura inicial de la solución de HCl. Tb es la temperatura inicial de la solución de NaOH TP es la temperatura final de la mezcla en el calorímetro = Temperatura del sistema. El calor empleado en elevar la temperatura del calorímetro es 3 Tomando un valor de csol igual al calor específico del agua, se comete un error que no es significativo para los propósitos de la práctica. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Entonces, el calor liberado en el proceso es: Los valores de calor de neutralización se expresan en unidades de energía por mol de sustancia; por lo tanto, el calor de neutralización medido es: Donde n es el número de moles de ácido o álcali neutralizadas4. Sistema de Evaluación Elaboración de preinforme, por parte del estudiante o su grupo de trabajo. Desempeño, actitud, y desenvolvimiento durante la sesión de laboratorio Realización del informe de laboratorio Contenido del preinforme: Cubierta con: Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Marco teórico. (Teoría acerca del tema de desarrollo del laboratorio) Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (en blanco). Cálculos (espacio para realizarlos). Aplicaciones de esta práctica en su profesión (ES MUY IMPORTANTE). Bibliografía. Contenido del informe: 4 Si las soluciones de HCl y NaOH no son exactamente de la misma concentración, tomar como n las moles del reactivo que se haya consumido totalmente (reactivo limitante). Para conocer esto, verificar el pH de la mezcla final para determinar su carácter ácido o básico. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Cubierta con Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (Diligenciados). Cálculos (Elaborados). Análisis de resultados con las gráficas, fotos, dibujos requeridos Análisis de gráficas y/o de resultados. Conclusiones. Bibliografía. Rúbrica de evaluación Criterio de desempeño de la actividad individual Aspectos evaluados Valoración alta Valoración media Preinforme El estudiante entregó el El preinforme entregado preinforme, de acuerdo a no corresponde a lo lo solicitado en la guía de solicitado o fue laboratorios desarrollado parcialmente (5 puntos) (2 puntos) Desarrollo El estudiante evidenció el conocimiento de los del El estudiante evidencia laboratorio lineamientos teóricos y dificultades en el procedimentales, observó desarrollo del las normas de laboratorio, no observó comportamiento en el las normas de laboratorio y con su comportamiento en el trabajo pudo alcanzar los laboratorio. objetivos propuestos en la guía de laboratorio (8 puntos) (4 puntos) El estudiante entregó el El informe fue Informe informe, de acuerdo a lo presentado de manera solicitado en la guía de incompleta, no laboratorios, evidenciando evidenciando en el análisis de resultados entendimiento de los Valoración baja P/má xima El estudiante omitió entregar el preinforme 5 (0 puntos) El estudiante no asistió al laboratorio 8 (0 puntos) El estudiante no participó de la elaboración del 5 laboratorio UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA su entendimiento de los resultados obtenidos en contenidos del curso el laboratorio (5 puntos) (2 puntos) (0 puntos) PUNTAJE FINAL DE LA ACTIVIDAD 18 Retroalimentación El tutor encargado de la práctica entregará la respectiva retroalimentación del informe de laboratorio, basado en la rúbrica de evaluación. 2.2. PRACTICA No. 2 – Determinación De Una Constante De Equilibrio Tipo de práctica: Presencial Porcentaje de evaluación: 14.4% Temáticas de la práctica: Equilibrio químico, energía libre de Gibbs, principio de Le- chateliere. Intencionalidades formativas Propósito(s): • Fortalecer los conceptos desarrollados en el curso de termodinámica y profundizados en Fisicoquímica, específicamente los principios aplicados a sistemas que se encuentran en equilibrio químico, comprendiendo su desarrollo y valoración de la constante de equilibrio. Objetivos • Comprender y aplicar los fundamentos del equilibrio químico. • Determinar el valor de la constante de equilibrio de un sistema químico. • Aplicar métodos gráficos al análisis de resultados obtenidos Meta(s): • Presentar y sustentar un informe en pequeños grupos colaborativos, donde se evidencia la participación individual y refleje el estudio y análisis de la práctica, organizando, sistematizando y discutiendo los resultados de laboratorio, y su contraste con las teorías o leyes específicas. Identificar desviaciones de modelos matemáticos o datos teóricos, y las posibles causas de error y desviación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Competencia(s): • El estudiante describe y analiza de manera suficiente los conceptos termodinámicos como equilibrio químico, y su relación con el principio de Lechateliere. • El estudiante transfiere y socializa los conocimientos adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica, con un producto final escrito y sometido a evaluación • El estudiante describe áreas o campos de acción en los cuáles puede transferir los conocimientos adquiridos. Fundamentación Teórica Establecer si al mezclar dos sustancias, estas realmente reaccionan y forman productos estables cualitativamente es factible por la percepción de los sentidos, se puede observar si hay desprendimiento de gases, formación de precipitados, o cambios de coloración; sin embargo no se define si la totalidad de los reactivos reaccionaron, cantidad de productos formados, o si coexisten estas sustancias en equilibrio, un método aplicable para esta última, es determinar si hay o no un equilibrio químico, a través de una proporción entre productos y reactivos, denominada constante de equilibrio, K equilibrio, que indica en que extensión dicho equilibrio se desplaza hacia los productos o hacia los reactivos. Entre mayor sea el valor de la constante, la reacción tiende a desplazarse preferentemente hacia la formación de los productos. El valor de K equilibrio es constante, bajo unas condiciones específicas de temperatura y presión. Es importante indicar, no todas las reacciones químicas generan equilibrios químicos. Descripción de la práctica: En la práctica dos se estudia el sistema conformado por el ion férrico, Fe3 , y el ion tiocianato, SCN-, en un medio ácido. La reacción de estas dos especies produce un complejo fuertemente coloreado cuya concentración se mide fácilmente por espectrofotometría. A continuación se muestra la ecuación correspondiente a la reacción mencionada: La constante de equilibrio para esta reacción se representa de la siguiente manera: Se emplearan concentraciones bajas de los reactivos con el fin de que las concentraciones calculadas sean muy cercanas a las concentraciones reales presentes en la solución final. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Se prepararán cinco sistemas diferentes en equilibrio a partir de cantidades conocidas de Fe+3 y SCN-. El complejo formado se medirá por espectrofotometría y su concentración se determinará a partir de una curva de calibración construida previamente. La curva de calibración se preparará a partir de las soluciones empleadas, mezclando cantidades crecientes de SCN- con un exceso del ion Fe+3 para desplazar el equilibrio hacia la formación del complejo coloreado asegurar que todo el ion tiocianato ha reaccionado. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Equipos Espectrofotómetro UV-Visible con capacidad de lectura a 447 nm. Balanza analítica con precisión de pesada de 1 mg o 0.1 mg. Cabina extractora de vapores Materiales Vasos de precipitado de 250 y 100 mL Balones aforados de 500, 250 y 100 mL Probetas de 250, 100 y 50 mL Bureta de 25 mL con división de 0,1 mL Pipetas aforadas de 1, 2, 5 y 10 mL Vidrios de reloj o recipientes pesa sustancias de metal Espátulas o cucharas de tamaño pequeño Agitadores de vidrio Guantes desechables de látex Reactivos • Agua destilada. Solución ácida de tiocianato de potasio: 0.002 M en KSCN y 0.25 M en HNO3. Solución ácida de Hierro férrico: 0,002 M en Fe(NO3)3 y 0.25 M en HNO3. Solución de HNO3 0.25 M. Seguridad Industrial Manipular cuidadosamente los reactivos, especialmente el ácido nítrico debido a su corrosividad y la generación de vapores. Debe ser manejado dentro de una cabina extractora de vapores y en un lugar bien ventilado. Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Unidad 1: Equilibrio de fases de un componente y clases de soluciones Capitulo 1 . Energía libre y equilibrio en sistemas unicomponentes Lección 2. Equilibrio Químico Forma de trabajo: Apreciados estudiantes, para el éxito y comprensión de la práctica se recomienda cumplir con los siguientes pasos: Trabajo individual: el estudiante obtiene las guías de laboratorio, prepara un pre informe que contenga: resumen conocimientos previos, diagrama de flujo de la marcha de la práctica y tabla de resultados en blanco. Trabajo grupal: En grupo de trabajo, todos los estudiantes realizan la práctica #1 de laboratorio, para ello previamente deben identificar los materiales que se requiere. Tenga presente que el desempeño individual como grupal, serán tenidos en cuenta en la rúbrica de evaluación del informe de laboratorio Informe final: El grupo de trabajo realiza los cálculos respectivos, analiza los resultados y responde los interrogantes planteados. Procedimiento: 1. Elaboración de la curva de calibración a. En seis balones aforados de 100 mL, pipetee respectivamente 1, 2, 4, 5, 7 y 10 mL de la solución ácida de KSCN . b. Adicione, a cada balón, 25 mL de la solución ácida de Fe+3. Complete a volumen con agua destilada. c. Prepare un blanco de reactivos con 25 mL de la solución ácida de Fe+3 completando a 100 mL con agua destilada (Blanco 1). d. Permita el desarrollo del color por cinco minutos. Transcurrido este tiempo, mida la Absorbancia de cada una de las soluciones a 447 nm, ajustando el 100 % T del espectrofotómetro con el blanco de reactivos. e. Almacene los residuos de las soluciones empleadas en un recipiente de vidrio o plástico debidamente identificado como “RESIDUOS DE FeSCN+2 y HNO3”. f. Elabore la curva de calibración tal como se indica en el numeral 3.1. 2. Determinación de la Constante de Equilibrio del sistema Fe3+ - SCNa. Prepare las soluciones del sistema en estudio, de acuerdo con los datos en la tabla No. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Tabla 1. Volúmenes de solución para los sistemas Fe+3 - SCN- b. Una vez preparadas las diferentes soluciones, permita el desarrollo de color por 5 minutos. c. Mida las absorbancias a 447 nm, ajustando el 100 % T del espectrofotómetro con el blanco de reactivos de SCN- y HNO3 (Blanco 2). d. Almacene los residuos de las soluciones empleadas en un recipiente de vidrio o plástico debidamente identificado como “RESIDUOS DE FeSCN+2 y HNO3 ”. e. Determine la constante de equilibrio como se indica en el numeral 3.2. Cálculos y gráficos. Curva de calibración. a. Calcule la concentración de FeSCN+2 en cada una de las soluciones preparadas para la curva de calibración, asumiendo que todo el ion SCN- se consume en la reacción. b. Elabore una gráfica de Absorbancia vs. (FeSCN+2). Elimine los puntos que se desvíen de la tendencia lineal y calcule la pendiente y el intercepto de la recta obtenida. c. La ecuación de dicha recta es de la forma: Donde, m es la pendiente. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA b es el intercepto con el eje y. Cálculo de la constante de equilibrio Keq Calcule la concentración de FeSCN+2 en equilibrio en los sistemas 1 a 5, interpolando en la curva de calibración elaborada o despejando el valor de (FeSCN+2) de la ecuación de la recta. Calcule las concentraciones de los iones sistemas Fe+3 y SCN- en equilibrio en los sistemas 1 a 55. Calcule los valores de Kequilibrio para los sistemas 1 a 5. Calcule el promedio de los cinco valores obtenidos. Sistema de Evaluación Elaboración de preinforme, por parte del estudiante o su grupo de trabajo. Desempeño, actitud, y desenvolvimiento durante la sesión de laboratorio Realización del informe de laboratorio Contenido del preinforme: Cubierta con: Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico 5 Título de la práctica. Objetivos. Marco teórico. (Teoría acerca del tema de desarrollo del laboratorio) Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (en blanco). Cálculos (espacio para realizarlos). Aplicaciones de esta práctica en su profesión (ES MUY IMPORTANTE). Bibliografía. Note que la estequiometria de la reacción es uno a uno. El número de moles de Fe3CN+2 formado es igual al número de moles de Fe+3 y SCN consumidos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Contenido del informe: Cubierta con Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (Diligenciados). Cálculos (Elaborados). Análisis de resultados con las gráficas, fotos, dibujos requeridos Análisis de gráficas y/o de resultados. Conclusiones. Bibliografía. Rúbrica de evaluación Criterio de desempeño de la actividad individual Aspectos evaluados Valoración alta Valoración media Preinforme El estudiante entregó el El preinforme entregado preinforme, de acuerdo a no corresponde a lo lo solicitado en la guía de solicitado o fue laboratorios desarrollado parcialmente (5 puntos) (2 puntos) Desarrollo El estudiante evidenció el conocimiento de los del El estudiante evidencia laboratorio lineamientos teóricos y dificultades en el procedimentales, observó desarrollo del las normas de laboratorio, no observó comportamiento en el las normas de laboratorio y con su comportamiento en el trabajo pudo alcanzar los laboratorio. objetivos propuestos en la guía de laboratorio (8 puntos) (4 puntos) El estudiante entregó el El informe fue Informe informe, de acuerdo a lo presentado de manera solicitado en la guía de incompleta, no Valoración baja P/má xima El estudiante omitió entregar el preinforme 5 (0 puntos) El estudiante no asistió al laboratorio 8 (0 puntos) El estudiante no participó de la elaboración del 5 laboratorio UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA laboratorios, evidenciando evidenciando en el análisis de resultados entendimiento de los su entendimiento de los resultados obtenidos en contenidos del curso el laboratorio (5 puntos) (2 puntos) (0 puntos) PUNTAJE FINAL DE LA ACTIVIDAD 18 Retroalimentación El tutor encargado de la práctica entregará la respectiva retroalimentación del informe de laboratorio, basado en la rúbrica de evaluación. 2.3. PRACTICA No. 3 – Equilibrio Líquido-Vapor En Un Sistema Binario. Determinación de un Azeótropo Tipo de práctica: Presencial Porcentaje de evaluación: 14.4% Horas de la práctica: 2 horas Temáticas de la práctica: Ley de Raoult, destilación fraccionada, equilibrio de fases, azeotrópos. Intencionalidades formativas: Propósito(s): • Fortalecer los conceptos desarrollados en el curso de Fisicoquímica, específicamente la temática relacionada con sistemas binarios, enfatizando en soluciones homogéneas. Objetivos • Estudiar experimentalmente el comportamiento de sistemas binarios mediante la composición de mezclas líquido-vapor en equilibrio. • Determinar gráficamente el cumplimiento o desviación de la Ley de Raoult en los sistemas estudiados. • Determinar la presencia de mezclas azeótropicas en los sistemas estudiados. • Aplicar los principios de la destilación simple a la separación de los componentes de una mezcla sencilla de dos líquidos miscibles. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Meta(s): • Presentar y sustentar un informe en pequeños grupos colaborativos, donde se evidencia la participación individual y refleje el estudio y análisis de la práctica, organizando, sistematizando y discutiendo los resultados de laboratorio, y su contraste con las teorías o leyes específicas. • Identificar desviaciones de modelos matemáticos o datos teóricos, y las posibles causas de error y desviación. Competencia(s): • El estudiante describe y analiza de manera suficiente los principios que rigen la destilación fraccionada, variables de control. • El estudiante transfiere y socializa los conocimientos adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica, con un producto final escrito y sometido a evaluación • El estudiante describe áreas, aplicaciones industriales o campos de acción en los cuáles puede transferir los conocimientos adquiridos. Fundamentación Teórica: Un caso muy común en la industria química y la industria de alimentos es tener una mezcla de dos o más líquidos miscibles, y separarlo en sus componentes puros. Cuando existen diferencias apreciables en sus puntos de ebullición, la operación unitaria recomendada para su separación es la destilación, los principios que la rigen se evidencian a través de diagramas de presión composición y temperatura composición; la forma e identificación de las regiones del diagrama permiten establecer el estado y composición de cada fase. En esta parte se debe diferenciar entre soluciones ideales y no ideales; tomando como solución ideal aquella que sigue la ley de Raoult y solución no ideal aquella que se desvía de esta ley. Estas desviaciones pueden ser positivas o negativas. El primer caso ocurre cuando la mezcla presenta una presión de vapor mayor a la predicha por la Ley de Raoult; el segundo caso ocurre cuando la presión de vapor de la mezcla resulta ser menor a la predicha por esta Ley. En algunos casos estas desviaciones son tan grandes que causan la aparición de máximos o mínimos en las gráficas Temperatura vs. Composición o Presión vs. Composición. En dichos puntos, las curvas de líquido y vapor se hacen tangentes entre sí, es decir que la composición del líquido es igual a la composición del vapor. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Estas mezclas se denominan azeótropos y no pueden ser separadas en sus componentes mediante un proceso de destilación simple. En la presente práctica se examina la presencia de azeótropos en mezclas binarias de líquidos miscibles. Descripción de la práctica Se toma un sistema conformado por dos líquidos miscibles, los sistemas propuestos son: agua – 1 propanol; o acetona – cloroformo, a cada sistema se preparan mezclas o soluciones conocidas con el propósito de elaborar una curva patrón, tomando como variable dependiente índice de refracción. Esta curva nos permitirá determinar la concentración de una muestra que contenga estos dos componentes, con solo medir el índice de refracción. La mezcla es sometida a destilación fraccionada, controlando temperatura, y regularmente tomando muestras del vapor condensado y del residuo de fondo, asumiendo que estos dos se encuentran en equilibrio. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Equipos • • • • • Montaje experimental tal como se muestra en la Fig. 1 Plancha de calentamiento o mechero Bunsen Termómetros hasta 150 °C con precisión de 0.5 °C. Refractómetro Balanza Analítica Materiales • • • • • • • • Recipientes de vidrio con tapa hermética Pipetas graduadas de 5, 10 y 25 mL Vasos de precipitado de 250 y 100 mL Probetas de 250 y 100 mL Pipetas Pasteur o jeringas de vidrio de 10 mL de capacidad Soporte universal, pinzas y nueces Peras de succión o pipeteadores Guantes desechables de látex UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA • Guantes aislantes de carnaza Reactivos y otros productos • • • • Agua destilada 1-Propanol Acetona Cloroformo Seguridad industrial: Los solventes orgánicos empleados son tóxicos, muy volátiles y dos de ellos (acetona y 1-propanol), son inflamables. El montaje empleado para efectuar la destilación debe ensamblarse preferentemente dentro de una cabina extractora de vapores o al lado de una ventana abierta para ventilar permanentemente. En lo posible se debe evitar el uso de mechero para efectuar el calentamiento; si solamente se dispone de este elemento, la llama debe apagarse siempre que se vaya a tomar una muestra. Los recipientes que contienen solventes inflamables deben mantenerse tapados y alejados de la llama. Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Unidad 2. Sistemas multicomponentes Capítulo 2. Equilibrio de fases en sistemas multicomponentes Forma de trabajo: A preciados estudiantes, para el éxito y comprensión de la práctica se recomienda cumplir con los siguientes pasos: Trabajo individual: el estudiante obtiene las guías de laboratorio, prepara un pre informe que contenga: resumen conocimientos previos, diagrama de flujo de la marcha de la práctica y tabla de resultados en blanco. Trabajo grupal: En grupo de trabajo, todos los estudiantes realizan la práctica #3 de laboratorio, para ello previamente deben identificar los materiales que se requiere. Tenga presente que el desempeño individual como grupal, serán tenidos en cuenta en la rúbrica de evaluación del informe de laboratorio Informe final: El grupo de trabajo realiza los cálculos respectivos, analiza los resultados y responde los interrogantes planteados. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Procedimiento: 1. Elaboración de la Curva de Calibración de Índice de refracción vs. Composición Prepare por pesada, las mezclas que se indican en la tabla 2 y enváselas en recipientes de vidrio con tapa hermética. Con el fin de evitar la evaporación de los componentes, abra los recipientes solamente el tiempo necesario y trabaje siempre a una temperatura baja. Tabla 2. Mezclas para elaboración de la curva de calibración Índice de refracción vs. Composición Sistema 1 Agua – 1-Propanol Sistema 2 Acetona – Cloroformo Agua (g) 1-Propanol (g) Acetona (g) Cloroformo (g) 9,0 1,0 8,0 2,0 8,0 2,0 6,0 4,0 7,0 3,0 5,0 5,0 6,0 4,0 4,0 6,0 5,0 5,0 3,0 7,0 4,0 6,0 2,0 8,0 3,0 7,0 1,5 8,5 2,0 8,0 1,0 9,0 1,0 9,0 0,5 9,5 b. Mida el índice de refracción de los líquidos puros y de las mezclas preparadas. La temperatura de las mezclas y los líquidos puros debe ser la misma en el momento de efectuar la medición. 2. Determinación de la Temperatura de Ebullición en función de la Composición a. Prepare un montaje tal como se muestra en la Figura 2. b. Coloque en el balón6 50 - 60 mL del líquido más volátil (Componente 1). Verifique que las uniones no tengan escapes y que el agua de refrigeración esté abierta. c. Caliente suavemente hasta que el sistema llegue al equilibrio; esto es, que ocurra una ebullición regular y la temperatura del líquido sea constante. 6 El balón de tres bocas debe ser de 200-250 mL UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA d. Una vez alcanzado el equilibrio, registre las temperaturas y tome muestras pequeñas del líquido y del vapor condensado, las cuales deben ser envasadas rápidamente en frascos de vidrio con cierre hermético. e. Permita que las muestras tomadas de líquido y vapor se aclimaten y mida el índice de refracción. Asegure que la temperatura de estas muestras es la misma a la cual se efectuaron las medidas para la elaboración de la curva de calibración. f. Adicione 10 mL del segundo componente al balón y repita el procedimiento indicado en c., d. y e. g. De la manera indicada anteriormente, tome datos para diferentes mezclas obtenidas por adiciones sucesivas de 10 mL del segundo componente, hasta que el volumen adicionado sea 60 mL. h. Suspenda la calefacción y la refrigeración. Una vez frío el balón, desarme el montaje y séquelo perfectamente. i. Ensamble nuevamente el montaje y repita el procedimiento, comenzando en el literal b. Adicionando el líquido menos volátil (componente 2). j. Elabore una gráfica de Índice de refracción vs. Fracción molar para cada uno de los sistemas en estudio. 3. Gráfico Experimental Temperatura de Ebullición vs. Fracción molar a. Interpole en las curvas elaboradas, los valores de índice de refracción de las muestras de líquido y vapor condensado para hallar su composición. Figura 2. Montaje para la determinación de la Temperatura de ebullición7 Para cada uno de los sistemas estudiados, registre los diferentes valores 7 Tomado de http://www.mty.itesm.mx/dia/deptos/iq/iq95-972/destb.PDF UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA hallados, en una tabla como se muestra a continuación. T ebullición (°C) nLíquido nCondensado X1 Y1 Donde: n es el índice de refracción del líquido o del vapor condensado x1 es la fracción molar del componente más volátil, en el líquido y1 es la fracción molar del componente más volátil, en el vapor condensado c. Con los datos obtenidos, elabore una gráfica de Tebullición vs. Fracción molar. 4. Gráfico Ideal Temperatura de Ebullición vs. Fracción molar Elabore las gráficas ideales para los dos sistemas estudiados de la siguiente manera: a. Selecciones dos temperaturas, T intermedia1 y T intermedia 2, intermedias a los puntos de ebullición de los dos componentes. b. Calcule la presión de vapor de los componentes puros a las dos temperaturas escogidas aplicando la ecuación de Antoine: Dónde: A, B y C son constantes determinadas experimentalmente, disponibles en la literatura. P es la presión de vapor expresada en mm Hg. T es la temperatura expresada en °C. En la tabla 3 se presentan los valores de A, B y C para la acetona, el cloroformo y el 1-propanol. Tabla 3. Constantes de la ecuación de Antoine 8 8 Tomado de C.M. ROMERO y L.H. BLANCO, “TOPICOS EN QUÍMICA BASICA” p.p. 235 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Para obtener datos del agua, consulte en la literatura datos de P vapor para diferentes temperaturas9. c. Calcule la fracción molar del componente 1 en el líquido, x1 , y en el vapor, y1 ; a las dos temperaturas escogidas mediante las siguientes ecuaciones: d. Localice los valores de x1 y y1 para las dos temperaturas escogidas, en la gráfica elaborada en el numeral 5.2. e. Trace una recta que una los dos puntos de composición del líquido y otra que una los dos puntos de composición del vapor. Extrapole las rectas para que corten el eje de temperatura para x1 o y1 = 0 y x1 o y1 = 1. f. Empleando los datos obtenidos experimentalmente, elabore una gráfica de y1 vs. x1 . Sistema de Evaluación Elaboración de preinforme, por parte del estudiante o su grupo de trabajo. Desempeño, actitud, y desenvolvimiento durante la sesión de laboratorio Realización del informe de laboratorio Contenido del preinforme: 9 Consulte las gráficas al final del artículo “Examining Water Vapor Pressure as a Function of Temperature” anexo a esta guía. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Cubierta con: Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Marco teórico. (Teoría acerca del tema de desarrollo del laboratorio) Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (en blanco). Cálculos (espacio para realizarlos). Aplicaciones de esta práctica en su profesión (ES MUY IMPORTANTE). Bibliografía. Contenido del informe: Cubierta con Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (Diligenciados). Cálculos (Elaborados). Análisis de resultados con las gráficas, fotos, dibujos requeridos Análisis de gráficas y/o de resultados. Conclusiones. Bibliografía. Rúbrica de evaluación Criterio de desempeño de la actividad individual Aspectos evaluados Valoración alta Valoración media Preinforme El estudiante entregó el El preinforme entregado preinforme, de acuerdo a no corresponde a lo lo solicitado en la guía de solicitado o fue laboratorios desarrollado parcialmente (5 puntos) (2 puntos) Valoración baja P/má xima El estudiante omitió entregar el preinforme 5 (0 puntos) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Desarrollo El estudiante evidenció el conocimiento de los del El estudiante evidencia laboratorio lineamientos teóricos y dificultades en el procedimentales, observó desarrollo del las normas de laboratorio, no observó comportamiento en el las normas de laboratorio y con su comportamiento en el trabajo pudo alcanzar los laboratorio. objetivos propuestos en la guía de laboratorio (8 puntos) (4 puntos) El estudiante entregó el El informe fue Informe informe, de acuerdo a lo presentado de manera solicitado en la guía de incompleta, no laboratorios, evidenciando evidenciando en el análisis de resultados entendimiento de los su entendimiento de los resultados obtenidos en contenidos del curso el laboratorio (5 puntos) (2 puntos) PUNTAJE FINAL DE LA ACTIVIDAD El estudiante no asistió al laboratorio 8 (0 puntos) El estudiante no participó de la elaboración del 5 laboratorio (0 puntos) 18 Retroalimentación El tutor encargado de la práctica entregará la respectiva retroalimentación del informe de laboratorio, basado en la rúbrica de evaluación. 2.4. PRACTICA No. 4 – Determinación de la tensión superficial de líquidos puros y soluciones Tipo de práctica: Presencial Porcentaje de evaluación: 14.4% Horas de la práctica: 2 horas Temáticas de la práctica: Capilaridad, tensión superficial, fenómenos de superficie. Intencionalidades formativas: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Propósito(s): Fortalecer los conceptos relacionados específicamente tensión superficial con fenómenos de superficie, Objetivos • • • • Determinar la tensión superficial de etanol Observar el efecto de un electrolito fuerte sobre la tensión superficial del agua. Observar el efecto de la adición de un detergente sobre la tensión superficial del agua. Comprender la relación entre la naturaleza de un líquido puro y su tensión superficial y el efecto causado por la presencia de solutos Meta(s): Presentar y sustentar un informe en pequeños grupos colaborativos, donde se evidencia la participación individual y refleje el estudio y análisis de la práctica, organizando, sistematizando y discutiendo los resultados de laboratorio, y su contraste con las teorías o leyes específicas. Identificar desviaciones de modelos matemáticos o datos teóricos, y las posibles causas de error y desviación. Competencia(s): El estudiante describe y analiza el fenómeno de tensión superficial, forma de identificarlo y causas de su presencia. El estudiante transfiere y socializa los conocimientos adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica, con un producto final escrito y sometido a evaluación El estudiante describe áreas, aplicaciones industriales o campos de acción en los cuáles puede transferir los conocimientos adquiridos. Fundamentación Teórica Los fenómenos de superficie son aquellos en que se ven involucradas las moléculas localizadas en la interfase de dos medios no miscibles en contacto mutuo; por ejemplo la interfase agua-aceite o la interfase agua-aire. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Para el caso de la interfase líquido-aire, una molécula que está en el interior del líquido, está rodeadas por otras moléculas similares, de tal modo que las fuerzas intermoleculares que actúan sobre ella se anulan entre sí. Por el contrario, una molécula del líquido que está en la superficie está rodeada, por abajo por moléculas similares y por la parte de arriba, por moléculas de aire que ejercen sobre ella una fuerza mucho menor. Esto da como resultado una fuerza neta en la superficie del líquido dirigida hacia su interior que trata de impedir que las moléculas escapen. Esta fuerza se denomina Tensión Superficial o Interfacial. Una consecuencia de este fenómeno es el que una gota de líquido siempre tiende a reducir su superficie tomando una forma esférica. Existen varias formas de medir la tensión superficial; En general, todos los métodos lo que hacen es tratar de separar unas moléculas de otras y medir la fuerza necesaria para lograr esa separación. Uno de estos métodos consiste en medir la fuerza necesaria para desprender una gota de un líquido que gotea a través de un capilar y se denomina método del peso de gota o método del estalagnómetro. En este caso, la gota cae cuando alcanza un tamaño tal que su peso es infinitesimalmente superior a la tensión superficial del líquido. En este caso, consideramos un líquido que fluye lentamente a través de un capilar de radio r. En el instante inmediatamente anterior al desprendimiento de la gota, se tiene la siguiente condición de equilibrio: 𐑄 es la tensión superficial del líquido. m es la masa de la “gota ideal”. m´ es la masa de la gota efectiva que se desprende del capilar (medida experimentalmente). V´es el volumen de la gota efectiva desprendida. d es la densidad del líquido. g es la aceleración de la gravedad. r es el radio exterior del capilar o el radio de la circunferencia de contacto líquidovidrio θ es una función de corrección entre la “gota ideal” y la gota efectivamente desprendida (experimental). La función de corrección, θ, se introduce debido a que, tal como se observa en la práctica, cuando una gota se desprende de un capilar (por ejemplo en un gotero o la punta de una bureta), parte del líquido queda adherido a la punta de vidrio. El UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA valor de dicha función depende del valor de r y de la raíz cúbica de V´ y ha sido calculada por algunos autores10 dando como resultado la siguiente ecuación: Existen sustancias que al ser adicionadas a un líquido, causan una disminución en su tensión superficial; estas se denominan agentes tensoactivos o surfactantes. Los más conocidos son los jabones o detergentes y son de aplicación universal en los procesos de limpieza, gracias a que su composición les permite lograr un desprendimiento y remoción efectiva de la suciedad debido precisamente a su capacidad para disminuir la tensión superficial del agua. Descripción de la práctica En la práctica presente se determinará la tensión superficial de algunos líquidos puros y soluciones de un electrolito mediante el método del peso de gota y se observará el efecto de la adición de un tensoactivo sobre la tensión superficial del agua. Procedimiento: 1. Determinación de densidades empleando el picnómetro A lo largo de la práctica será necesario determinar la densidad de los líquidos y las soluciones empleadas. A continuación se describe la metodología para realizar dichas determinaciones. 1.1. Calibración del picnómetro Ver Apéndice 1 del Documento “Determinación de la Tensión Superficial por el Método del Peso de la Gota” disponible en http://www.uca.es/grup-invest/corrosion/integrado/P10.pdf 10 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA a. Pese el picnómetro perfectamente limpio y seco. Registre la temperatura ambiente. b. Llene el picnómetro con agua destilada a temperatura ambiente, hasta rebose y coloque el tapón. Permita que se equilibre la temperatura y seque perfectamente el exterior del picnómetro. c. Verifique que el capilar del tapón esté lleno; si es necesario, añada agua con ayuda de la jeringa. d. Pese el picnómetro lleno y calcule la masa de agua en el picnómetro. e. Calcule la densidad del agua a la temperatura de trabajo mediante la siguiente ecuación o consulte en la literatura: Donde: dagua es la densidad del agua en g / cm3. T es la temperatura en °C. f. Calcule el volumen del picnómetro con los datos de masa y densidad del agua. 1.2. Medida de las densidades a. Llene el picnómetro con el líquido a temperatura ambiente, hasta rebose y coloque el tapón. Permita que se equilibre la temperatura y seque perfectamente el exterior del picnómetro. b. Verifique que el capilar del tapón esté lleno; si es necesario, añada líquido con ayuda de la jeringa. c. Pese el picnómetro lleno y calcule la masa de líquido en el picnómetro. d. Calcule la densidad del líquido con la masa determinada y el volumen del picnómetro. 2. Calibración de la Bureta (Cálculo del radio exterior del capilar) a. Llene la bureta con agua destilada hasta una marca determinada. Abra la llave y ajuste un flujo de alrededor de 4-7 gotas por minuto. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA b. Una vez ajustado el flujo, deseche las 10 primeras gotas. Utilice un pesa sustancias previamente pesado para recoger las siguientes 50 gotas. c. Pese el recipiente con el agua recolectada y calcule su masa. d. Repita el procedimiento descrito en b. y c. con un segundo pesa sustancias. e. Registre la temperatura del agua empleada y calcule su densidad empleando la ecuación (3). f. Calcule el volumen promedio de la gota V´. g. Calcule el valor del radio del capilar (r) aplicando la ecuación (1) y los datos de tensión superficial del agua dados en la tabla 4. En este caso, asuma un valor de la densidad igual a uno. Tabla 4. Tensión superficial del agua a diferentes temperaturas Fuente: Tomado de http://www.uca.es/grup-invest/corrosion/integrado/P10.pdf Densidad del etanol: La medición se realizará en equipo. 1. Anote el valor del volumen del picnómetro que tiene registrado en la pared del frasco. 2. Calibre la balanza mediante el tornillo de contrapeso. 3. Enseguida mida la masa del picnómetro vacío, teniéndose el cuidado de que se encuentre totalmente seco y limpio. 4. Llénelo completamente de etanol utilizando una jeringa o pipeta y enseguida colóquele su tapón. Al colocarlo, parte del líquido se derramará y por lo tanto deberá secar perfectamente el recipiente y el tapón por fuera. Si queda líquido UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA en las paredes externas provocará error en la medición. Asegúrese de que esto no suceda. 5. Mida la masa del picnómetro lleno de líquido. 6. Quite el tapón al picnómetro y sin vaciarlo vuelva a llenarlo completamente. Colóquele el tapón, séquelo bien por fuera y vuelva a medir su masa. 7. Repita nuevamente el paso 6 para tener tres mediciones que le permitirán obtener tres valores de densidad para el agua. 8. Mida la temperatura del agua. 3. Determinación de la Tensión Superficial del Etanol a. Calcule la densidad del etanol de acuerdo con el procedimiento del numeral 4.1.2. b. Llene la bureta con etanol hasta una marca determinada y realice el procedimiento descrito en 4.2 a. hasta d. 4. Determinación de la Tensión Superficial de una solución de Cloruro de Sodio 1M a. Prepare 100 mL de una solución de NaCl 1 M. b. Calcule la densidad de la solución preparada tal como se indicó anteriormente. c. Llene la bureta con la solución de cloruro de sodio y realice el procedimiento descrito en 4.2 a. hasta d. 5. Determinación de la Tensión Superficial de una solución acuosa de un detergente comercial a. Pese alrededor de 1 g de un detergente líquido en un balón aforado de 100 mL seco. b. Adicione 50 mL de agua destilada y agite suavemente para homogenizar sin formar espuma excesiva. Complete a volumen y mezcle suavemente. c. Permita que la espuma baje determine la densidad de la solución preparada tal como se indicó anteriormente. d. Llene la bureta con la solución de detergente y realice el procedimiento descrito en 4.2 a. hasta d. CALCULOS UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA a. Calcule el valor de V´ para el etanol y las dos soluciones trabajadas. Calcule el valor de 𐑄 para el etanol y las dos soluciones trabajadas. Exprese la tensión superficial en mili N /m Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Equipos • • Termómetro con precisión de lectura de 1 °C. Balanza analítica con precisión de pesada de 1 mg o 0,1 mg Materiales • • • • • • • • • • Bureta de 25 mL con división de escala de 0,1 mL. (La punta de la bureta debe ser lo más fina posible y estar perfectamente limpia). Vasos de precipitado de 250 y 100 mL. Probeta de 100 mL. Balones aforados de 100 mL Recipientes pesa sustancias metálicos o de vidrio con capacidad de 20 mL Picnómetro Soporte universal. Pinzas y nueces. Guantes desechables de látex. Jeringa desechable. Reactivos • • • • Agua destilada Etanol 96 % Cloruro de Sodio. Detergente líquido comercial. Seguridad Industrial: El etanol es volátil e inflamable, se recomienda emplear tapaboca, y el recipiente mantenerlo tapado y alejado de llama. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Unidad 3. Fenómenos de superficie, de transporte y cinética química Capítulo 1. Fenómenos de superficie Sistema de Evaluación Elaboración de preinforme, por parte del estudiante o su grupo de trabajo. Desempeño, actitud, y desenvolvimiento durante la sesión de laboratorio Realización del informe de laboratorio Contenido del preinforme: Cubierta con: Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Marco teórico. (Teoría acerca del tema de desarrollo del laboratorio) Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (en blanco). Cálculos (espacio para realizarlos). Aplicaciones de esta práctica en su profesión (ES MUY IMPORTANTE). Bibliografía. Contenido del informe: Cubierta con Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (Diligenciados). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Cálculos (Elaborados). Análisis de resultados con las gráficas, fotos, dibujos requeridos Análisis de gráficas y/o de resultados. Conclusiones. Bibliografía. Rúbrica de evaluación Criterio de desempeño de la actividad individual Aspectos evaluados Valoración alta Valoración media Preinforme El estudiante entregó el El preinforme entregado preinforme, de acuerdo a no corresponde a lo lo solicitado en la guía de solicitado o fue laboratorios desarrollado parcialmente (5 puntos) (2 puntos) Desarrollo El estudiante evidenció el conocimiento de los del El estudiante evidencia laboratorio lineamientos teóricos y dificultades en el procedimentales, observó desarrollo del las normas de laboratorio, no observó comportamiento en el las normas de laboratorio y con su comportamiento en el trabajo pudo alcanzar los laboratorio. objetivos propuestos en la guía de laboratorio (8 puntos) (4 puntos) El estudiante entregó el El informe fue Informe informe, de acuerdo a lo presentado de manera solicitado en la guía de incompleta, no laboratorios, evidenciando evidenciando en el análisis de resultados entendimiento de los su entendimiento de los resultados obtenidos en contenidos del curso el laboratorio (5 puntos) (2 puntos) PUNTAJE FINAL DE LA ACTIVIDAD Valoración baja P/má xima El estudiante omitió entregar el preinforme 5 (0 puntos) El estudiante no asistió al laboratorio 8 (0 puntos) El estudiante no participó de la elaboración del 5 laboratorio (0 puntos) Retroalimentación El tutor encargado de la práctica entregará la respectiva retroalimentación del informe de laboratorio, basado en la rúbrica de evaluación. 18 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA 2.5. PRACTICA No. 5 Adsorción en la Interface Sólido – Líquido Tipo de práctica: Presencial Porcentaje de evaluación: 14.4% Horas de la práctica: 3 horas Temáticas de la práctica: Fisisorción, adsorción, fenómenos de superficie Intencionalidades formativas: Propósito(s): Fortalecer y profundizar los conceptos relacionados con fenómenos de superficie, entre ellos la adsorción sólido – líquido. Objetivos Cuantificar el soluto adsorbido por un sólido. Relacionar la cantidad adsorbida de soluto con la cantidad de sólido presente en el equilibrio. Interpretar los datos de acuerdo con las isotermas de Langmuir y Freundlich. Meta(s): Presentar y sustentar un informe en pequeños grupos colaborativos, donde se evidencia la participación individual y refleje el estudio y análisis de la práctica, organizando, sistematizando y discutiendo los resultados de laboratorio, y su contraste con las teorías o leyes específicas. Identificar desviaciones de modelos matemáticos o datos teóricos, y las posibles causas de error y desviación. Competencia(s): El estudiante describe y analiza la adsorción, y el efecto que sobre ella tiene variables como la concentración y área de contacto de las fases. El estudiante transfiere y socializa los conocimientos adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica, con un producto final escrito y sometido a evaluación El estudiante describe áreas, aplicaciones industriales o campos de acción en los cuáles se aplica esta operación unitaria. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Fundamentación Teórica En la superficie de un líquido las fuerzas intermoleculares se hallan en un estado de desbalance o insaturación. Un fenómeno similar se observa en la superficie de los sólidos donde las moléculas o iones de la superficie no tienen implicadas todas sus fuerzas de unión con otras partículas. Como resultado de esta insaturación, las superficies de los sólidos y de los líquidos tienden a satisfacer sus fuerzas residuales atrayendo y reteniendo sobre ellas gases y/o sustancias disueltas con las cuales están en contacto. Este fenómeno de concentración de una sustancia sobre la superficie de un sólido o de un líquido se llama adsorción. De esta manera la sustancia que es retenida sobre la superficie se llama fase adsorbida o adsorbato en tanto que la sustancia ejerce la acción de retención es denominada adsorbente. Los estudios de adsorción muestran que el tipo de interacción entre la molécula adsorbida y la superficie del sólido es de naturaleza variable, presentándose interacciones débiles del tipo fuerzas de Van der Waals hasta interacciones fuertes que definen verdaderas uniones químicas. De acuerdo con lo anterior se distinguen dos tipos de adsorción: adsorción física o de Van der Waals Adsorción química o quimisorción La adsorción física se caracteriza por calores de adsorción pequeños, del orden de -10 kcal/mol adsorbato y además se observa que el equilibrio de adsorción es reversible y se alcanza rápidamente. La adsorción física no es muy específica y puede ocurrir en muchos sistemas a temperaturas moderadas y bajas. Por el contrario, la quimisorción es altamente específica en su naturaleza y depende de las propiedades químicas del adsorbato y de la superficie adsorbente. Los calores de adsorción aquí involucrados son mucho mayores, -10 kcal/mol de adsorbato hasta -100 kcal/mol de adsorbato; la unión que se establece entre adsorbato y adsorbente es mucho más fuerte que en el caso de la adsorción física y en algunos casos se establecen verdaderas uniones químicas de tipo iónico o covalente. Es posible relacionar la cantidad de adsorbato con la concentración de equilibrio c, empleando la ecuación empírica de Freundlich: En donde x es la masa de adsorbato, m la masa de adsorbente y k y n constantes. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Descripción de la práctica En esta práctica se va a estudiar el fenómeno de adsorción de una solución de ácido acético sobre carbón activado, y verificar si cumple con la ecuación de Freunlich, encontrando las constantes k y n. Limpiar y secar ruidosamente nueve (9) frascos con tapa esmerilada. Preparar 500 ml de solución de NaOH 0,2N. Valorar la solución empleando biftalato de potasio. Preparar 500 ml de solución de CH3COOH 0.2N. Titular la solución con NaOH 0,2 N empleando fenolftaleína como indicador. Pesar nueve muestras de carbón activado de aproximadamente 1 gramo, y colocarlas en los frascos respectivos. Numerar los frascos de uno a nueve. A partir de la solución de CH3COOH 0,2 N, preparar 100 ml de cada una de las siguientes soluciones: 0,15 M; 0,12M; 0,10 M; 0,08 M; 0,03 M y 0,01M. Adicionar los 100 ml de cada una de estas soluciones, (incluida la solución 0,2 N), uno por frasco, sobre las muestras de carbón. Añadir 100 ml de H2O destilada al último frasco. Tapar los frascos, agitarlos durante ½ hora aproximadamente. Dejar luego los frascos en reposo dentro de un termostato a 25°C o a temperatura ambiente durante 1 hora. Proceder ahora a la valoración del ácido no adsorbido en cada frasco luego de que se ha alcanzado el equilibrio de adsorción. Para ello se filtran las soluciones, se descartan los primeros 10 a 15 ml de filtrado; se toma en cada caso una alícuota de 10 ml del filtrado y se valora al CH3COOH disuelto con solución de NaOH (emplear fenolftaleína como indicador). Efectuar cada titulación por duplicado. Los filtrados de los frascos No. 1 a No. 4 en los cuales se colocaron las soluciones 0,2 M; 0,15M; 0,12 M y 0,10 M, se pueden valorar con NaOH 0,2 N. Los filtrados de los frascos restantes, No. 5 a No. 9, en los que se colocaron las soluciones 0,08 M; 0,05M; 0,03 M; 0,01 M de CH3COOH y en H2O destilada, se valoran con una solución de NaOH más diluida, por ejemplo 0,02 N, que puede obtenerse por dilución a partir de la solución 0,2 N. Registre los datos en la siguiente tabla: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Cálculos: Calcular en cada caso la concentración, C, (mol/litro) de ácido acético no adsorbido en el equilibrio. • A partir de los valores de las concentraciones inicial y final (equilibrio) de CH3COOH (mol/litro), puede calcularse en cada caso, el número de moles de CH3COOH presentes antes y después de la adsorción de 100 ml de solución. La diferencia entre esos dos valores es el número de moles adsorbidos. A partir de este último dato, calcular en cada frasco, N, número de moles de CH3COOH adsorbidos por gramos de carbón. Comprobación de la validez de la isoterma de Freundilch: Donde: N = número de moles de CH3COOH adsorbidos por gramo de carbón. C = concentración (moles/litro) CH3COOH en la solución luego que se establece el equilibrio de adsorción. k y n = constantes empíricas Hacer una gráfica de log N vs log C. Si el proceso de adsorción cumple la isoterma de Freundlich se obtendrá una línea recta. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Equipos • • Baño termostatado. Balanza Analítica Materiales • • • • • • • Erlenmeyer Pipetas graduadas de 5, 10 y 25 mL Vasos de precipitado de 250 y 100 mL Probetas de 25 mlt Soporte universal, pinzas y nueces Peras de succión o pipeteadores Guantes desechables de látex Reactivos y otros productos • • • • • Ácido acético. Agua destilada Carbón activado Biftalato de potasio Soda caústica Seguridad Industrial: Manipular cuidadosamente los reactivos, especialmente la soda caústica. Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Unidad 3. Fenómenos de superficie, de transporte y cinética química Capítulo 1. Fenómenos de superficie Sistema de Evaluación Elaboración de preinforme, por parte del estudiante o su grupo de trabajo. Desempeño, actitud, y desenvolvimiento durante la sesión de laboratorio Realización del informe de laboratorio UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Contenido del preinforme: Cubierta con: Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Marco teórico. (Teoría acerca del tema de desarrollo del laboratorio) Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (en blanco). Cálculos (espacio para realizarlos). Aplicaciones de esta práctica en su profesión (ES MUY IMPORTANTE). Bibliografía. Contenido del informe: Cubierta con Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (Diligenciados). Cálculos (Elaborados). Análisis de resultados con las gráficas, fotos, dibujos requeridos Análisis de gráficas y/o de resultados. Conclusiones. Bibliografía. Rúbrica de evaluación Criterio de desempeño de la actividad individual Aspectos P/má evaluados Valoración alta xima Valoración media Valoración baja Preinforme El estudiante entregó el El preinforme entregado preinforme, de acuerdo a El estudiante omitió no corresponde a lo 5 lo solicitado en la guía de entregar el preinforme solicitado o fue laboratorios UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA desarrollado parcialmente (2 puntos) (5 puntos) Desarrollo El estudiante evidenció el conocimiento de los del El estudiante evidencia laboratorio lineamientos teóricos y dificultades en el procedimentales, observó desarrollo del las normas de laboratorio, no observó comportamiento en el las normas de laboratorio y con su comportamiento en el trabajo pudo alcanzar los laboratorio. objetivos propuestos en la guía de laboratorio (8 puntos) (4 puntos) El estudiante entregó el El informe fue Informe informe, de acuerdo a lo presentado de manera solicitado en la guía de incompleta, no laboratorios, evidenciando evidenciando en el análisis de resultados entendimiento de los su entendimiento de los resultados obtenidos en contenidos del curso el laboratorio (5 puntos) (2 puntos) PUNTAJE FINAL DE LA ACTIVIDAD (0 puntos) El estudiante no asistió al laboratorio 8 (0 puntos) El estudiante no participó de la elaboración del 5 laboratorio (0 puntos) 18 Retroalimentación El tutor encargado de la práctica entregará la respectiva retroalimentación del informe de laboratorio, basado en la rúbrica de evaluación. 2.6. PRÁCTICA No. 6 Cinética de reacción: azul de metileno – ácido ascórbico Tipo de práctica: Presencial Porcentaje de evaluación: 14.4% Horas de la práctica: 8 horas Temáticas de la práctica: Cinética química, orden de reacción, efecto de la temperatura, constante de velocidad. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Intencionalidades formativas Propósito(s): Fortalecer y profundizar los conceptos de cinética química, mecanismos de reacción, y variables que afectan la velocidad de las reacciones químicas. Objetivos Analizar la cinética de la reacción de azul de metileno – ácido ascórbico, encontrando el orden de la reacción Evaluar el efecto del solvente y la temperatura, en la cinética y el mecanismo para esta reacción. Meta(s): Presentar y sustentar un informe en pequeños grupos colaborativos, donde se evidencia la participación individual y refleje el estudio y análisis de la práctica, organizando, sistematizando y discutiendo los resultados de laboratorio, y su contraste con las teorías o leyes específicas. Identificar desviaciones de modelos matemáticos o datos teóricos, y las posibles causas de error y desviación. Competencia(s): El estudiante describe y analiza las variables que afectan la velocidad de las reacciones químicas, forma de controlarlas. El estudiante transfiere y socializa los conocimientos adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica, con un producto final escrito y sometido a evaluación El estudiante describe áreas, aplicaciones industriales o campos de acción en los cuáles se apliquen los conceptos relacionados. Fundamentación Teórica UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA La cinética química estudia la manera cómo cambia la velocidad de una reacción, en función de diferentes factores tales como temperatura, presión, concentración de los reactivos y los productos, presencia de otras sustancias, etc. También estudia los procesos o mecanismos mediante los cuales los reactivos se transforman en productos. La velocidad de la reacción se define como la derivada con respecto al tiempo del grado de avance de la reacción dividida entre el volumen, así: Siendo ni, la cantidad molar de la sustancia i. Si el volumen es constante, puede reemplazarse por el cambio de concentración, dci , y entonces: 𝑑𝜀 Donde v es la velocidad de reacción {𝑑𝑡 } , vi representa los coeficientes estequiométricos (es positivo para los productos y negativo para los reactivos) y ci es la concentración de la sustancia i. Obsérvese que la velocidad de reacción es independiente de la selección del reactivo o el producto de la reacción que se está estudiando y es válida sin tener en cuenta las condiciones de la reacción. En algunas reacciones la velocidad de consumo o de formación se puede expresar empíricamente mediante una ecuación de la forma: Donde son independientes de la concentración y del tiempo La constante k es la constante de velocidad de la reacción o la velocidad específica de la reacción, ya que k es la velocidad si todas las concentraciones son unitarias. En general, la constante de velocidad depende de la temperatura y la presión. Descripción de la práctica: En esta sesión se va a evaluar la cinética de reacción del ácido ascórbico, y el azul de metileno; identificando el orden de reacción, la constante cinética, el efecto de la temperatura y del solvente empleado, como criterio de avance de reacción se hará por colorimetría. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA MATERIAL 5 Matraces Erlenmeyer, con tapón, de 100 ml. 14 tubos de ensayo con tapa, de 25 mlt. 1 Embudo. Termómetro. Cronómetro. 1Balanza analítica. 1 Vaso de 100 ml. 1 Pipeta graduada de 10 ml. 1 Matraz aforado de 250 ml. REACTIVOS 20 ml Ácido sulfúrico concentrado Azul de metileno Ácido ascórbico. Metanol. 250 ml de agua destilada. 50 ml de fenolftaleína. Oftalato ácido de potasio (biftalato potásico) Seguridad Industrial: Manipular cuidadosamente el ácido sulfúrico y el ácido ascórbico debido a que son reactivos corrosivos y generan vapores. Deben ser manejados dentro de una cabina extractora de vapores o en un lugar bien ventilado. Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Unidad 3. Fenómenos de superficie, de transporte y cinética química Capítulo 3. Cinética química Procedimiento • Prepare y estandarice una solución de 1000 mlt de H2SO4 0.6 M. • Prepare una solución de azul de metileno 0.05M. (50 mlt) DETERMINACION DE LA CONSTANTE CINÉTICA Y ORDEN DE REACCIÓN 1. Prepare las siguientes soluciones: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Solución No. Compuesto Concentración Aforada con Volumen 1 Azul de metileno 2.0 x 10-5 H2SO4 0.6 M 500 ml 2 Ácido Ascórbico 0.01 M Agua 25 ml 3 Ácido Ascórbico 0.02 M Agua 25 ml 4 Ácido Ascórbico 0.03 M Agua 25 ml 5 Ácido Ascórbico 0.04 M Agua 25 ml 6 Ácido Ascórbico 0.05 M Agua 25 ml 2. Agregue 10 ml de Azul de Metileno en un tubo de ensayo que contenga 10 ml de cada solución de Ácido ascórbico y observe el decoloramiento de dicha solución. 3. Al mismo tiempo anote el tiempo que tarda en realizarse dicha decoloración. Tome como referencia un color azul pálido constante. 4. Prepare las siguientes soluciones: Solución No. 1 2 3 4 5 6 Compuesto Ácido Ascórbico Azul de Metileno Azul de Metileno Azul de Metileno Azul de Metileno Azul de Metileno Concentración 0.03 M 4.00 x 10-6 8.00 x 10-6 1.20 x 10-5 1.60 x 10-5 2.00 x 10-5 Aforada con: H2SO4 0.6 M Agua Agua Agua Agua Agua Volumen 250 ml 25 ml 25 ml 25 ml 25 ml 25 ml 5. Agregue 10 ml de Ácido Ascórbico en un tubo de ensayo que contenga 10 ml de cada solución de Azul de Metileno y observe el decoloramiento de dicha solución. Al mismo tiempo anote el tiempo que tarda en realizarse dicha decoloración. Tome como referencia un color azul pálido constante. Calcular: 1. Orden de reacción respecto del Azul de Metileno, Ácido Ascórbico y global. 2. Constante cinética de reacción 3. Mecanismo de reacción explicado y justificado a través de los resultados de la cinética. EFECTO DE LA TEMPERATURA 1. Repita el procedimiento anterior a 40 C y luego a 60 C tomando en cuenta para los cálculos la corrida realizada a 25 C en la primera parte. CALCULAR UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA 1. Orden de reacción respecto del Azul de Metileno, Ácido Ascórbico y global, para cada temperatura de trabajo. 2. Constante cinética de reacción, para cada temperatura de trabajo. 3. Evaluar y discutir el efecto de la temperatura en los resultados anteriores. 4. Evaluar y discutir el efecto de la temperatura en el mecanismo de reacción. 5. Energía de activación de Arhenius. 6. ∆H de Reacción EFECTO DEL SOLVENTE 1. Prepare las siguientes soluciones: Solución No. 1 2 3 4 5 6 Compuesto Concentración Aforada con Volumen Azul de metileno Ácido Ascórbico Ácido Ascórbico Ácido Ascórbico Ácido Ascórbico Ácido Ascórbico 2.0 x 10-5 0.01 M 0.02 M 0.03 M 0.04 M 0.05 M H2SO4 0.6 M Metanol al 25% Metanol al 25% Metanol al 25% Metanol al 25% Metanol al 25% 500 ml 25 ml 25 ml 25 ml 25 ml 25 ml 2. Agregue 10 ml de Azul de Metileno en un tubo de ensayo que contenga 10 ml de cada solución de Ácido ascórbico y observe el decoloramiento de dicha solución. 3. Al mismo tiempo anote el tiempo que tarda en realizarse dicha decoloración. Tome como referencia un color azul pálido constante. 4. Prepare las siguientes soluciones: 5. Agregue 10 ml de Ácido Ascórbico en un tubo de ensayo que contenga 10 ml de cada solución de Azul de Metileno y observe el decoloramiento de dicha solución. 6. Al mismo tiempo anote el tiempo que tarda en realizarse dicha decoloración. Tome como referencia un color azul pálido constante. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA CALCULAR 1. Orden de reacción respecto del Azul de Metileno, Ácido Ascórbico y global, para cada temperatura de trabajo. 2. Constante cinética de reacción. 3. Evaluar y discutir el efecto del solvente en los resultados anteriores. 4. Evaluar y discutir el efecto del solvente en el mecanismo de reacción. Sistema de Evaluación Elaboración de preinforme, por parte del estudiante o su grupo de trabajo. Desempeño, actitud, y desenvolvimiento durante la sesión de laboratorio Realización del informe de laboratorio Contenido del preinforme: Cubierta con: Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Marco teórico. (Teoría acerca del tema de desarrollo del laboratorio) Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (en blanco). Cálculos (espacio para realizarlos). Aplicaciones de esta práctica en su profesión (ES MUY IMPORTANTE). Bibliografía. Contenido del informe: Cubierta con Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Lista de materiales y/o reactivos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (Diligenciados). Cálculos (Elaborados). Análisis de resultados con las gráficas, fotos, dibujos requeridos Análisis de gráficas y/o de resultados. Conclusiones. Bibliografía. Rúbrica de evaluación Criterio de desempeño de la actividad individual Aspectos evaluados Valoración alta Valoración media Preinforme El estudiante entregó el El preinforme entregado preinforme, de acuerdo a no corresponde a lo lo solicitado en la guía de solicitado o fue laboratorios desarrollado parcialmente (5 puntos) (2 puntos) Desarrollo El estudiante evidenció el conocimiento de los del El estudiante evidencia laboratorio lineamientos teóricos y dificultades en el procedimentales, observó desarrollo del las normas de laboratorio, no observó comportamiento en el las normas de laboratorio y con su comportamiento en el trabajo pudo alcanzar los laboratorio. objetivos propuestos en la guía de laboratorio (8 puntos) (4 puntos) El estudiante entregó el El informe fue Informe informe, de acuerdo a lo presentado de manera solicitado en la guía de incompleta, no laboratorios, evidenciando evidenciando en el análisis de resultados entendimiento de los su entendimiento de los resultados obtenidos en contenidos del curso el laboratorio (5 puntos) (2 puntos) PUNTAJE FINAL DE LA ACTIVIDAD Valoración baja P/má xima El estudiante omitió entregar el preinforme 5 (0 puntos) El estudiante no asistió al laboratorio 8 (0 puntos) El estudiante no participó de la elaboración del 5 laboratorio (0 puntos) Retroalimentación El tutor encargado de la práctica entregará la respectiva retroalimentación del 18 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA informe de laboratorio, basado en la rúbrica de evaluación. 1.1. PRACTICA No. 7 Diagrama de Solubilidad de tres componentes Tipo de práctica: Presencial Porcentaje de evaluación: 14.8% Horas de la práctica: 4 horas Temáticas de la práctica: Equilibrio de fases, equilibrio líquido – líquido, solubilidad Intencionalidades formativas Propósito(s): Fortalecer y profundizar los conceptos de equilibrio de fases, sistemas homogéneos, líquidos inmiscibles y representación en diagramas triangulares. Objetivos Determinar experimentalmente la curva de solubilidad del sistema triclorometano (HCCl3), ácido acético (CH3COOH) y agua a temperatura ambiente. Determinar dos rectas de reparto para el sistema mencionado. Identificar en el diagrama triangular el sistema, junto con las regiones formadas. Meta(s): Presentar y sustentar un informe en pequeños grupos colaborativos, donde se evidencia la participación individual y refleje el estudio y análisis de la práctica, organizando, sistematizando y discutiendo los resultados de laboratorio, y su contraste con las teorías o leyes específicas. Identificar desviaciones de modelos matemáticos o datos teóricos, y las posibles causas de error y desviación. Competencia(s): El estudiante describe y analiza las regiones que se forman en un sistema ternario, que forma dos fases inmiscibles, y cuantifica la composición de las fases. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA El estudiante transfiere y socializa los conocimientos adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica, con un producto final escrito y sometido a evaluación El estudiante describe áreas, aplicaciones industriales o campos de acción en los cuáles se apliquen los conceptos relacionados. Fundamentación Teórica El ácido acético y el agua son dos especies totalmente miscibles entre sí. Es decir, con independencia de las proporciones empleadas, el resultado de mezclar estos dos componentes es siempre una disolución homogénea. Lo mismo ocurre con el sistema formado por ácido acético y triclorometano (cloroformo). Cualesquiera que sean las proporciones empleadas, estos dos componentes son totalmente miscibles y por tanto forman una disolución homogénea. El sistema formado por agua y triclorometano es totalmente diferente. Estos componentes son prácticamente inmiscibles, lo que quiere decir que cuando se mezclan no se disuelven el uno en el otro. La naturaleza microscópica de sus moléculas es muy distinta y se repelen. Como resultado, los dos líquidos se mantienen separados formando dos fases diferentes. Es decir, termodinámicamente resulta más estable mantener los dos sistemas por separado que constituir un hipotético nuevo sistema en el que las moléculas de una especie estén rodeadas por las de la otra. Si a una mezcla formada por agua y triclorometano se le añade un poco de ácido acético. Como el ácido acético es soluble en ambas especies, se disuelve en las dos fases. Éstas permanecen inmiscibles, sin embargo se ha dado un cambio cualitativo importante. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Ahora las fases no están constituidas por componentes puros, sino que ambas son disoluciones de dos componentes que contienen uno en común, el ácido acético, en concentraciones muy pequeñas. Si continuamos añadiendo ácido acético, las fases se van haciendo cada vez más concentradas en este componente. A nivel molecular, en la fase inicialmente formada por triclorometano, cada vez existen más moléculas de esta especie rodeadas por las de ácido acético. Algo similar ocurre en la fase acuosa donde los iones acetato se distribuyen entre moléculas de agua. Alcanzada una concentración límite de ácido acético, el sistema sufre un cambio sustancial y pasa a contener dos fases, a estar constituido por una sola fase. Este hecho se explica porque las moléculas de triclorometano y las de agua, se mantienen alejadas entre sí, separadas por una extensa región de iones acetato. El nuevo sistema constituye una configuración termodinámicamente más estable que la representada por ambas disoluciones por separado. Si se representan en un diagrama triangular, en términos de porcentaje en masa, las concentraciones de los tres componentes correspondientes al instante en el que el sistema se transforma en una sola fase, se obtiene la curva de solubilidad (figura 3). El área que queda por debajo de esta curva representa a todas las mezclas de estos tres componentes, que dan lugar a dos fases. El área que queda por encima, representa por lo tanto, las proporciones que una vez mezcladas dan sistemas homogéneos con una sola fase. Rectas de reparto En el diagrama triangular el área que queda por debajo de la curva de solubilidad, aporta información sobre las proporciones de los componentes cuya mezcla da lugar a dos fases diferentes. Una de las fases es rica en agua por lo que se denomina fase acuosa. La otra es rica en triclorometano y se denomina fase orgánica. Ambas fases son transparentes, sin embargo, en un sistema de dos fases, se observa la existencia de una frontera física que las mantiene separadas, una sobre la otra. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Figura 3. Diagrama triangular para el sistema ácido acético, agua y triclorometano Imagine que mezcla las proporciones dadas por el punto K de la figura 3. Como está incluido dentro del área limitada por la curva de solubilidad, esta mezcla origina dos fases. La fase situada en la zona inferior es rica en triclorometano, pero contiene también agua y ácido acético. Su composición viene dada por el punto *K. La fase superior es la acuosa y también contiene triclorometano y ácido acético. Su composición la da el punto K*. Los puntos *K y K*, se sitúan en los extremos de una recta que pasa por el punto K. Esta línea se denomina recta de reparto. Las rectas de reparto se obtienen experimentalmente y no existe una metodología teórica, a partir de la cual, se puedan conocer. Descripción de la práctica: Se va estudiar el equilibrio de fases para un sistema de tres componentes, ácido acético, triclorometano y agua, determinando las regiones de solubilidad, y las rectas de reparto, para ello analíticamente se titula y valora cada una de las fases. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA MATERIAL • • • • • • • • • • 5 Matraces Erlenmeyer, con tapón, de 100 ml. 1 Matraz Erlenmeyer, sin tapón, de 100 ml. 2 Embudos de 55 mm de diámetro. 3 Buretas. 1 Embudo de decantación de 50 ml. 2 Varillas metálicas para soporte. Pinzas con tornillo para bureta. 1 Vaso de 100 ml. 1 Pipeta graduada de 10 ml. 1 Matraz aforado de 250 ml. REACTIVOS • • • • • • • 250 ml de triclorometano. • 250 ml de ácido acético. • 100 g de hidróxido sódico en lentejas. • 250 ml de agua destilada. • 50 ml de fenolftaleina. • ftalato ácido de potasio (biftalato potásico) Seguridad Industrial: El ácido acético glacial, triclorometano son corrosivo, y volátiles, se recomienda emplear tapaboca, y cabina de extracción de vapores. Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Unidad 2. Sistemas multicomponentes Capítulo 2. Equilibrio de fases en sistemas multicomponentes Forma de trabajo: A preciados estudiantes, para el éxito y comprensión de la práctica se recomienda cumplir con los siguientes pasos: Trabajo individual: el estudiante obtiene las guías de laboratorio, prepara un pre informe que contenga: resumen conocimientos previos, diagrama de flujo de la marcha de la práctica y tabla de resultados en blanco. Trabajo grupal: En grupo de trabajo, todos los estudiantes realizan la práctica #3 de laboratorio, para ello previamente deben identificar los materiales que se requiere. Tenga presente que el desempeño individual como grupal, serán tenidos en cuenta en la rúbrica de evaluación del informe de laboratorio UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Informe final: El grupo de trabajo realiza los cálculos respectivos, analiza los resultados y responde los interrogantes planteados. Procedimiento: Determinación de la curva de solubilidad 1. Dispónganse tres buretas con ácido acético, triclorometano y agua. Lea el dato de densidad de cada sustancia y anótelos. 2. Prepare cinco matraces y séquelos completamente. Para ello, una vez limpios, añada un pequeño chorro de acetona, distribúyalo por el interior y deje secar durante 1 minuto en la estufa. 3. Vierta sobre los matraces (utilizando las buretas para esta tarea), 2.0, 5.0, 10.0, 15.0 y 18.0 ml de triclorometano, respectivamente y añada posteriormente, ácido acético hasta completar 20 ml en cada muestra. 4. En el matraz que contiene 2.0 ml de triclorometano añada agua gota a gota desde la bureta correspondiente, agitando durante todo el proceso hasta que la solución homogénea se vuelva turbia de modo permanente. Anote el volumen de agua añadido. 5. Vuelva a enrasar la bureta de agua y proceda de forma análoga con las muestras restantes, anotando los volúmenes de agua consumidos. 6. Realice los cálculos pertinentes para obtener el número de gramos de ácido acético en cada capa, así como los porcentajes en peso de este componente. (Sabiendo que cada equivalente de NaOH consume un equivalente de ácido acético de la muestra) Diligencie tabla 1, 2 y 3. 7. Con los datos obtenidos represente en el diagrama triangular los puntos de la curva de solubilidad. Determinación de las rectas de reparto 1. Empleando las buretas como antes, prepare exactamente en dos embudos de decantación limpios y secos, dos mezclas con los volúmenes indicados en la tabla: Matraz X Agua H2O 10 ml Ac. Acético H2CCOOH 3.5ml Triclorometano 6.5 ml UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Matraz Y 14 ml 15 ml 11 ml 2. Tape ambos embudos, agítelos durante unos 15 minutos y déjelos reposar otros 15 minutos 3. Prepare 250 ml de una solución de NaOH 1 N, y valórela con ftalato ácido de potasio, use fenolftaleína como indicador. 4. Pese exactamente cuatro matraces Erlenmeyer junto con sus tapones y numérelos. Anote los pesos en la tabla respectiva. 5. Separe las capas en dos matraces (no utilice los que han sido pesados y numerados), operando del siguiente modo. Abra la llave del embudo y vierta el contenido de la capa inferior, teniendo cuidado de cerrar la llave antes de acceder a la interfase. Deseche la región inmediatamente anterior y posterior a la interfase. Añada la fase superior sobre un segundo Erlenmeyer. 6. Lleve unos 5 ml de cada capa a un Erlenmeyer (previamente tarado y numerado) y vuelva a pesar. 7. Calcule por diferencia los pesos de estos volúmenes y registre los datos. 8. Valore el ácido de cada muestra con la solución de NaOH, usando fenolftaleína como indicador. Anote el volumen de soda gastado. 9. Realice los cálculos pertinentes para obtener el número de gramos de ácido acético en cada capa, así como los porcentajes en peso de este componente. (Sabiendo que cada equivalente de NaOH consume un equivalente de ácido acético de la muestra) Diligencie tabla 4. 10. Con los datos obtenidos represente en el diagrama triangular, trace en las rectas de reparto correspondientes a las muestras X e Y. Tabla 5. Composición de las muestras preparadas para determinar la curva de solubilidad UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Tabla 6. Composición en peso al aparecer la turbidez en cada una de las muestras Tabla 7. Porcentaje en peso de cada uno de los componentes en cada muestras al aparecer turbidez. Tabla 8. Recopilación de datos de las rectas de reparto UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Sistema de Evaluación Elaboración de preinforme, por parte del estudiante o su grupo de trabajo. Desempeño, actitud, y desenvolvimiento durante la sesión de laboratorio Realización del informe de laboratorio Contenido del preinforme: Cubierta con: Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico Título de la práctica. Objetivos. Marco teórico. (Teoría acerca del tema de desarrollo del laboratorio) Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (en blanco). Cálculos (espacio para realizarlos). Aplicaciones de esta práctica en su profesión (ES MUY IMPORTANTE). Bibliografía. Contenido del informe: Cubierta con Título de la práctica, Nombre del curso, Número de Grupo de curso con Nombre completo de los estudiantes, número del documento de identidad, carrera a la que pertenecen y correo electrónico UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Título de la práctica. Objetivos. Lista de materiales y/o reactivos. Diagrama simplificado del procedimiento. Tabla de datos y observaciones. (Diligenciados). Cálculos (Elaborados). Análisis de resultados con las gráficas, fotos, dibujos requeridos Análisis de gráficas y/o de resultados. Conclusiones. Bibliografía. Rúbrica de evaluación Criterio de desempeño de la actividad individual Aspectos evaluados Valoración alta Valoración media Preinforme El estudiante entregó el El preinforme entregado preinforme, de acuerdo a no corresponde a lo lo solicitado en la guía de solicitado o fue laboratorios desarrollado parcialmente (5 puntos) (2 puntos) Desarrollo El estudiante evidenció el conocimiento de los del El estudiante evidencia laboratorio lineamientos teóricos y dificultades en el procedimentales, observó desarrollo del las normas de laboratorio, no observó comportamiento en el las normas de laboratorio y con su comportamiento en el trabajo pudo alcanzar los laboratorio. objetivos propuestos en la guía de laboratorio (8 puntos) (4 puntos) El estudiante entregó el El informe fue Informe informe, de acuerdo a lo presentado de manera solicitado en la guía de incompleta, no laboratorios, evidenciando evidenciando en el análisis de resultados entendimiento de los su entendimiento de los resultados obtenidos en contenidos del curso el laboratorio (5 puntos) (2 puntos) PUNTAJE FINAL DE LA ACTIVIDAD Valoración baja P/má xima El estudiante omitió entregar el preinforme 5 (0 puntos) El estudiante no asistió al laboratorio 8 (0 puntos) El estudiante no participó de la elaboración del 5 laboratorio (0 puntos) 18 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA Retroalimentación El tutor encargado de la práctica entregará la respectiva retroalimentación del informe de laboratorio, basado en la rúbrica de evaluación. FUENTES DOCUMENTALES AYUSO MARTINEZ, LUIS EVARISTO. FISICOQUIMICA. Santafé de Bogotá 1991. CÁLCULO DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO PARA LA REACCIÓN Fe3+ + SCN- Fe (SCN)]2+. Universidad de Huelva – Escuela Politécnica Superior – Ing. Química – Asignatura de Química Física. (Página electrónica) http://www.uhu.es/16106/Recetas/Constante.htm (Consultado el 5 de Marzo de 2004). CALOR DE NEUTRALIZACIÓN (Página electrónica) http://www.ciencia21.freeservers.com/informes/neutra.htm (Consultado el 3 de Enero de 2004). CONSTANTE DE IONIZACIÓN ÁCIDA DE UN INDICADOR VISUAL (Página electrónica) http://cuhwww.upr.clu.edu/~inieves/pKa-manual_timol.htm (Consultado el 5 de Marzo de 2004). DAVID P. SHOEMAKER, CARL W. GARLAN. Experimentos de Fisicoquímica. México 1968. DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS POR EL MÉTODO DEL ESTALAGNOMETRO. (Página electrónica) http://www.sc.ehu.es/powgep99/dcytp/termo/practic/tension.pdf. DETERMINACIÓN DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN DEL ÁCIDO CLORHÍDRICO CON HIDRÓXIDO DE SODIO - PRACTICA N° 9 (Página electrónica) http://depa.pquim.unam.mx/fisiquim/termo/pract9.html (Consultado el 3 de Enero de 2004). EXAMINING VAPOR PRESSURE OF WATER AS A FUNCTION OF TEMPERATURE. Grand Rapids High School. (Patina electronica) http://www.avseducation.org/pdffiles/vossenwinner97.pdf. G. W. CASTELLAN, “FISICOQUÍMICA”, Segunda edición, Pearson Educación, México, 1987. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201604 – FISICOQUIMICA K. W. WHITTEN, K. D. GAILEY, R.E. DAVIS. “QUÍMICA GENERAL”, Tercera edición, McGraw-Hill, España, 1992. p.p 498-507. PRACTICA 10 – DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL POR EL MÉTODO DEL PESO DE LA GOTA. Laboratorio Integrado de Experimentación en Química. UNIVERSIDAD DE CÁDIZ. Enero 22/2004 (Página electrónica) http://www.uca.es/grupinvest/corrosion/integrado/P10.pdf. Práctica II – EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR CON AZEÓTROPO. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO. FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÀN. SECCION DE FISICOQUÍMICA. MANUAL DE EXPERIMENTOS LEM II (Página electrónica) http://eros.pquim.unam.mx/~rodolfo/termoquim/LEMII- IQ.htm. Práctica No. 1 DESTILACIÓN POR LOTES. LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II (Página electrónica) http://www.mty.itesm.mx/dia/deptos/iq/iq95-972/destb.PDF. ROMERO, L.H. BLANCO,(1996).“TÓPICOS EN QUÍMICA BÁSICA – EXPERIMENTOS DE LABORATORIO”, Santa Fe de Bogotá, Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales.