ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE CIENCIAS Química II PRÁCTICA 6 EQUILIBRIO QUÍMICO II RESUMEN Se determinó experimentalmente la constante de equilibrio, Kc, para una reacción de complejacion, a partir de una cantidad conocida de Fe3+ y otra que reaccionó con KSCN, se preparó dos soluciones una al 1×10-4 y otra al 0.0025 M de 𝐹𝑒(𝑆𝑂4 )3 ∗ 7𝐻2 𝑂 , se utilizó una mezcla de diferentes cantidades de disoluciones ( 1mL, 2mL, 3ml, 4mL, 5mL ) en tubos de ensayos así mismo a cada uno el ellos se agregó 5 mL de KSCN. Se analizó el comportamiento de una reacción en equilibrio y se comprobó que la constante de equilibrio no varía numéricamente si se modifica la concentración de los reactivos. Descriptores: Concentración, constante de equilibrio, reactivos, reacción de complejacion. 1. Objetivos 1.1 Objetivo General 1.1.1 Determinar experimentalmente la constante de equilibrio, Kc, para una reacción de complejación. 1.2 Objetivos específicos 1.2.1 Conocer experimentalmente el comportamiento de una reacción en equilibrio. 1.2.2 Comprobar que la constante de equilibrio no cambia numéricamente si se modifica la concentración de los reactivos. 2. Teoría 2.1 Reacciones de complejación Son reacciones en las que un metal o ion central se une o compleja con sustancias llamadas ligandos, formando complejos o compuestos de coordinación. Al número de ligandos que rodean al ión central se le llama número de coordinación (García, 2004, p508). Normalmente van desde 2 hasta 14, aunque los más usuales son 4 y 6. Se dice que un complejo es fuerte cuando es difícil de separar al metal y los ligandos. Se dice que el complejo es débil, cuando el complejo se disocia con facilidad. Lo fuerte o débil que sea un complejo depende de varios factores, siendo el factor fundamental la naturaleza del metal y de los ligandos (Burns, 2011, p167). En las reacciones de complejación se forma un complejo, a partir de un átomo metálico central y los ligandos. 𝑀 + 𝑛 𝐿 → 𝑀𝐿 𝑛 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 + 𝑙𝑖𝑔𝑎𝑛𝑑𝑜𝑠 → 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑗𝑜 Los ligandos más frecuentes son: Ligandos cargados: F: flúor Cl: cloro I: yodo Br: bromo CN: ciano SCN: tiociano OH: hidroxo Ligandos neutros: H2O: agua NH3: amonio NO: nitrosilo NS: tionitrosilo CO: carbonilo CS: tiocarbonilo 2.2 Equilibrio complejos Las reacciones de formación de complejos suceden por etapas. Los ligandos monodentados invariablemente se incorporan en etapas sucesivas. La estabilidad de un complejo en solución acuosa se juzga por la magnitud de la constante de equilibrio para la formación del ion complejo a partir del ion metálico (Simes, 2014, p235). Las constantes de equilibrio de las reacciones que forman complejos se escriben como constantes de formación. Así, cada ecuación se encuentra asociada a una constante de formación para cada etapa. La fortaleza de la unión metal-ligando nos da idea de la estabilidad de un complejo. Un complejo será más estable cuanto mayor sea la carga del catión, mientras menor sea el radio y mientras más orbitales vacíos tenga (mayor capacidad de aceptar electrones). Por otro lado, mientras mayor sea la capacidad dadora de electrones de un ligando, mayor será su fuerza de enlace. (Baeza, 2009, p34). 𝐾𝑐 = [𝑀𝐿𝑛 ] [𝑀][𝐿]𝑛 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1 Materiales y equipos Tabla 1 Materiales y equipos Balanza analítica Balón aforado Cuchara espátula Pera de adsorción Pipeta Piseta Probeta Varilla de agitación Vasos de precipitación Matraz de Erlenmeyer Rango 220 g 100 mL 10 mL 1000 mL 10 mL 50 mL 500 mL Apreciación ±0.0002 g ±0.10 mL ±0.10 mL 250 mL ±0.08 mL ±0.10 mL ±0.10 mL Espectrofotómetro UV / VIS Tubos de ensayo Gradilla >= 3 M 20 mL - <3 M ±0.10 mL - Creada por Moises Narvaez 3.2 Sustancias y reactivos. Tabla 2 Sustancias Agua Reactivos Hierro (III) Ácido clorhídrico 36% tiocianato de potasio Sulfato de hierro heptahidratado Fórmula molecular H2O Fe HCl KSCN 𝐹𝑒(𝑆𝑂4 )3 ∗ 7𝐻2 𝑂 Creada por Moises Narvaez 3.3 Procedimiento 3.3.1 Determinación de Kc para el sistema de tiocianato de hierro (III) a) Preparar 4 tubos de ensayo medianos que contiene los volúmenes indicados de la solución de Fe, ácido clorhídrico y tiocianato de potasio. Como se indica en la tabla 1. b) Tapar cada tubo y agitar suavemente para mezclar. Déjelo reposar durante al menos 10 minutos. Este descanso periodo asegura que las soluciones estén en equilibrio químico. c) Utilice una pipeta transferir una pequeña cantidad de solución 6 a una cubeta. Asegúrese de que el nivel de líquido está por encima de la trayectoria del haz luminoso en el espectrofotómetro. d) Medir las concentraciones de hierro para cada una de las soluciones. Repetir el procedimiento con la solución de hierro 0.0025 M. Tabla 3 Volúmenes de soluciones para determinar Kc a 1.0×10-4M de Fe(SO4)3 Numero de tubo Volumen Volumen 0.50 M Volumen 0.10 M KSCN al (mL) HCl (mL) 1.0×10-4M de Fe(SO4)3 (mL) 1 1.0 5.0 4.0 2 2.0 5.0 3.0 3 3.0 5.0 2.0 4 4.0 5.0 1.0 5 5.0 5.0 0.0 Creada por Moises Narvaez Tabla 4 Volúmenes de soluciones para determinar Kc a 0.00025 M de Fe(SO4)3 Numero de tubo Volumen Volumen 0.50 M Volumen 0.10 M 0.00025 M de KSCN al (mL) HCl (mL) Fe(SO4)3 (mL) 1 1.0 5.0 4.0 2 2.0 5.0 3.0 3 3.0 5.0 2.0 4 4.0 5.0 1.0 5 5.0 5.0 0.0 Creada por Moises Narvaez 4. CÁLCULOS 4.1 Solución madre C1V1=C2V2 (0.1𝐿 × 1 × 10−4 ) 𝑉1 = = 1𝑚𝐿 (1 × 10−2 ) 4.2 Preparación de las disoluciones necesarias 0.5 L solución × 1×10−4 mol Fe(SO4 )3 ∗7H2 O 1 L solución 288.5 g × 1 mol Fe(SO 4 )3 ∗7H2 O = 0.014 g × 100 = 1.4 g Fe(SO4 )3 ∗ 7H2 O aforar a 500 𝑚𝐿 0.5 L solución × 0.1 mol HCl × 0.5 mol KSCN 1 L solución 58 g × 1 mol KSCN = 1.4 g KSCN aforar a 100 𝑚𝐿 36.5 g KSCN 100 g Solución 1 mL × × = 8.59 mL HCl 1 mol 36 g HCl 1.18 g 4.3 Constante de equilibrio de la reacción de complejación [𝐹𝑒(𝑆𝐶𝑁)]2+ 𝐾𝑐 = [𝐹𝑒]3+ [𝑆𝐶𝑁]− 𝐾𝑐 = [25.342] = 101.296 [0.5][0.5] 5. REACCIONES 3+ − 2+ 𝐹𝑒(𝑎𝑐) + 𝑆𝐶𝑁(𝑎𝑐) ↔ 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁(𝑎𝑐) 6. RESULTADOS Tabla 5 Resultados experimentales de la constante de equilibrio a 1.0×10-4M de Fe(SO4)3 Numero de tubo 1 2 3 4 5 Volumen 1.0×10-4M de Fe(SO4)3 (mL) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Volumen 0.50 M KSCN al (mL) 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 Volumen 0.10 M HCl (mL) Molaridad del 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁 2+ Kc 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 25.324M - 101.296 - Creada por Moises Narvaez Tabla 6 Resultados experimentales de la constante de equilibrio a 0.00025 M de Fe(SO4)3 Numero de tubo 1 2 3 4 5 Volumen 0.00025 M de Fe(SO4)3 (mL) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Volumen 0.50 M KSCN al (mL) 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 Volumen 0.10 M HCl (mL) Molaridad del 𝐹𝑒𝑆𝐶𝑁 2+ Kc 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 16.714 M 13.120 M 13.571 M 13.134 M 66.856 52.48 54.284 52.536 Creada por Moises Narvaez 7. DISCUSIÓN Según nuestros resultados, encontramos las tablas 5 y 6 tuvieron una variación de errores según el cálculo de la constante de equilibrio experimentalmente, en casos en los que la concentración de la especie presentaba un desbalance en su coloración, FeSCN2+, es más elevada en los volúmenes 2 y 3 de Fe(SO4)3 que de los demás , los valores obtenidos presentan mayor discrepancia con el valor de referencia, porque probablemente para estos valores de concentración no se cumplió los requerimientos necesarios en la práctica, estos se vieron reflejados en la obtención de datos, ya que al momento de medir la concentración en el Espectrofotómetro UV / VIS ,nuestros datos eran mayores al rango dado. Se recomienda al momento de trabajar con disolución en equilibrio utilizar agua destilada y a la misma vez darles el uso correcto a los instrumentos de laboratorio. 8. CONCLUSIONES Se conoció experimentalmente el comportamiento de una reacción en equilibrio en su forma compleja. Se comprobó que la constante de equilibrio no cambia numéricamente si se modifica la concentración de los reactivos. Además, se determinó la constante de equilibro para una reacción de complejación Por último, el resultado de nuestros datos nos permitió conocer como la concentración modifica la coloración en las diluciones de una reacción en equilibrio. 9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 9.1 Bibliografía Baeza Baeza, J. J. (2009). El equilibrio químico. Departamento de Química Analítica, Universidad de Valencia. Disponible en : http://www.uv.es/baeza/equili.html Burns, R. A. (2011). Fundamentos de Quimica. México: St. Louis Community College - Meramec. Marín García, M. L. (2004) Bases químicas del medio ambiente: manual de laboratorio. Página 41. Disponible en Internet https://books.google.es/books?id=Mp HKeeRzbAC&lpg=PA43&ots=dZkyCzkDTl&dq=constante+de+equilibrio+hierro+sulfocianu ro&pg=PA46&hl=es#v=onepage&q=constan Simes, L. E. (2014). Fundamentos https://ebookcentral.proquest.com Torres, C. S. (2015). Química: https://ebookcentral.proquest.com de Prácticas química de general. laboratorio. Retrieved Recuperado from de: 10. ANEXOS 10.1 Diagrama del equipo 10.2 Figure 1 Tubos de ensayo Figure 3 Grupo de trabajo Figure 2 Balanza analítica Figure 4 Instrumentos de laboratorio