Práctica 13

1. Actividades, datos, cálculos y discusión de resultados.


Esta práctica trató acerca de la estequiometría de la reacciones químicas. Se tenía que determinar el peso molecular del carbonato cálcico y el porcentaje en peso del carbonato, esto a través de 2 métodos: el método gravimétrico que se detallará más adelante y el método volumétrico.


El metodo gravimétrico en una descripción muy general, aprovecha que se pierde peso en el sistema y este es el peso del CO2 liberado. El método volumétrico, en cambio, se basa en la medida de volumen que se desprende y se recoge en la probeta.


Parte 1: Peso Molecular del CaCO3.


A) Método Gravimétrico:


Lo primero que hicimos fue pesar 6 g de CaCO3 y colocarlos en un vaso de precipitado. Determinamos mediante cálculos los ml necesarios para que estequiométricamente reaccionara el HCl con el CaCO3. Este cálculo dio 72 ml. Se pidió en la práctica que se añadiera un exceso de lo necesario de al menos 20 % así que agregamos 80 ml de HCl 2 M a otro vaso de precipitado de 250 ml. El peso del vaso, mas el ácido mas los 6 g de CaCO3 fue nuestro peso de partida (en general todo el sistema). Este peso fue de 163.72 g. Obviamente este peso se cálculo de manera separada, ya que aun no se juntaba el ácido con el sólido.


La compañera Giselle agregó poco a poco los 6 g de CaCO3 mientras Alejandro agitaba para que se completara la reacción. Proseguimos a pesar el sistema para calcular la diferencia de peso en el sistema y así poder saber los gramos que se perdieron de CO2. Este fue de 160.9 g. La diferencia de peso obtenida fue de 2.82 g, que sería equivalente a los gramos consumidos y producidos de CO2. Por estequiometría se determinaría el PM del CaCO3.


B) Método Volumétrico:


Para éste metodo, hubo que montar un dispositivo similar al que se usó en la práctica número 2. Se colocará una imagen de éste para tener una mejor idea de lo que se trata:

La probeta debía estar invertida y llena de agua para que pudiera ser desplazada cuando el CO2 comenzara a producirse. Gibrán pesó 0.8 g de carbonato de calcio puro y los depositó en el matraz kitasato. Honorio preparo una solución 3:1 de HCl (1 cantidad de HCl por cada 3 de agua), y la vertió en el embudo cerrado. Giselle abrió la llave del embudo para que poco a poco cayera el ácido sobre el sólido y comenzara a reaccionar. Cuando esta reacción terminó, Alejandro revisó el volumen desplazado en la probeta, el cuál fue de 248 ml. 

Se debía calcular los factores necesarios como la presión y temperatura en el laboratorio para poder aplicar la fórmula del gas ideal. Se asumirá una presión de 1 atm y una temperatura de 27 grados. A partir de esto, se debía determinar el peso molecular del CO2.

Resultados:

Metodo Gravimétrico: Con la diferencia de peso obtuvimos que los moles usados fueron 0.064 en esta reacción. Como por estequiometría sabemos que los moles de CO2 son los mismos usados de CaCO3, podemos determinar su PM, que es lo que buscamos. Experimentalmente obtuvimos un PM de 93.61 g/mol. Esto tuvo un margen de error de alrededor de 7%, con respecto los datos teóricos.

Método volumétrico: Ya que se conoció el volumen utilizado, con la fórmula para gases ideales PV=nRT se procedió a calcular los moles utilizados. En esta segunda reacción, se obtuvo 0.0101 moles. Al hacer la misma reacción que el primer método, podemos obtener el PM del carbonato calcico. Experimentalmente obtuvimos un PM de 78.9 g/mol. En este segundo paso, se obtuvo un error mucho más grande.

Parte 2: Riqueza de CaCO3 de una muestra problema.

Para la segunda parte, se repetirán los mismos 2 experimentos, ahora con una muestra problema, y al compararla con el primer experimento se sabrá con cuanto se contaba de CaCO3, ya que se encontraba combinada con sal de mesa.

A) Método Gravimétrico

Como se pide que se calcule por estequiometría los ml de HCl para que reaccione con el CaCO3 como si fuera 100% de CaCO3 la solución problema, se volverán a usar los mismos 80 ml de HCl para la segunda parte. Honorio esta vez agregó los 6 g de mezcla al vaso donde se encontraba el ácido y Alejandro se encargó de pesar el sistema. 

Era obvio y de esperarse que no fuera la misma diferencia de peso que al inicio, y en esta ocasión se obtuvo un peso de 161.21 g del sistema. La diferencia de peso fue de 2.51 g.

B) Método Volumétrico

Con el mismo dispositivo que se usó para la parte A (no se desarmó), se realizó este segundo experimento. Giselle añadió 40 ml de HCl 3:1 ya preparado al embudo de decantación. Alejandro agrego 1 g de muestra problema al matraz.

Honorio esta vez fue el encargado de abrir la llave para que el HCl cayera poco a poco hasta que la reacción se terminara. El volumen también marco un nivel diferente, como estaba esperado. Esta vez fue un volumen de 222 ml.

Resultados:

En esta segunda parte, solo se tenía que conocer la riqueza del CaCO3 en la muestra problema. Este dato se puede obtener fácilmente al comparar con una regla de proporcionalidad ambos métodos.

Metodo gravimétrico: Al realizar la regla de proporción, se obtiene que el CaCO3 se encontraba en una riqueza de 88%.

Metodo volumétrico: Para este metodo, se debieron realizar ciertos ajustes ya que no se usaron los mismo gramos de mezcla a analizar  (0.8 y 1). Después de realizados los ajustes y aplicando la regla de proporcionalidad, se obtiene que la riqueza del CaCO3 era de 90%.

Discusión de resultados:

Se pudo observar que al calcular la riqueza de CaCO3 se tuvo más exactitud que cuando se determinó el peso molecular del mismo. En equipo se llegó a la conclusión de que la diferencia la determinó las suposiciones de las condiciones ambiente. Ya con más calma, se analizó que en Puebla, la presión es menor a 1 atm, ya que estamos a muchos metros por encima nivel del mar, y probablemente ahí este el error. Pero si se observa el método gravimétrico, se estuvo cerca de llegar al dato real.

Se determina en equipo que la relación entre la sal de mesa y el CaCO3 era aproximadamente de 5:1, esto es decir, 5 g de CaCO3 por cada g de sal. Nuestro resultado es un poco elevado a eso, pero se acerca demasiado en ambos experimentos. Sabemos que esta es la división real de la mezcla problema, debido a que lo preguntamos una vez terminado el experimento. Por lo tanto, se discute y concluye que los datos son correctos y se realizó la práctica de manera correcta.

2. Cuestionario

1.    Esquematice el proceso de producción del CaCO₃.

La forma más común para obtener carbonato de calcio precipitado consiste en pasar CO2 en forma de gas a una solución de lechada de cal, realizándose las siguientes reacciones químicas:

Calcinación                                  CaCO3 è CaO+CO2

Hidratación o apagamiento           CaO + H2O è CaO+(OH)2

Carbonatación                             Ca(OH2) + CO2 è CaCO3+ H2O

2.    ¿De qué forma se puede determinar el % de pureza de un compuesto en el laboratorio? Ponga 3 ejemplos.

Se hace reaccionar el compuesto con una sustancia en el que se consiga un rendimiento del 100% y por medio de cálculos estequimetricos se consigue la pureza

La fórmula de un compuesto indica el número de átomos de cada elemento presente en una unidad del compuesto. A partir de la fórmula del compuesto es posible calcular el porcentaje que cada elemento proporciona a la masa total del compuesto, así poder determinar la pureza del mismo.

En una disolución se puede sacar la cantidad de soluto existente en la disolución a partir de la densidad, una vez conocida la concentración se puede valorar para saber si esta concentración es exacta

           

3.    ¿Qué aspectos puede afectar la pureza desde el punto de vista estequiométrico?

Porcentajes de rendimiento de una reacción, velocidad de reaccion

4.    ¿Cuáles son las impurezas que pueden tener los siguietes compuestos?

-       Oro: platino, paladio, osmio iridio, rodio o rutenio

-        Plata: cobre, bismuto

-       Rodio: Platino

-       NaOH: carbonato de sodio

-       Sal de mesa: trazas de cloruro de magnesio o impurezas organicas

-        Grafito: Cuarzos, micas y feldespatos

-        Diamante: Debido a su estructura cristalina extremadamente rígida, puede ser contaminada por pocos tipos de impurezas, como el boro y el nitrógeno

3. Conclusiones

Se aprendió que la estequiometría aprendida en el curso de Química General es importante para la rama de experimentación. Tal vez, después de llevar Orgánica y Analítica, nosotros como Biotecnólogos no nos metamos mucho más en la Química, pero es importante que siempre quede claro que tenemos que saber la relaciones de productos que se puedes formar a partir de los moles que se hagan reaccionar. Es importante también, porque existen cosas más adelante en la carrera como Balance de Energía, donde se utilizan avances de reacción y se utilizan estos conocimientos. Son conocimientos sencillos, pero que hay que tener bien cimentados para poder dar un buen desempeño.

4. Referencias

-  Piedras decorativas, (2012, Abirl 19). Retrieved from http://www.piedrasdecorativas.cl/carbonato-de-calcio-proceso.htm

-  Sin título, (2012, Abirl 19). Retrieved from http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/906/Capitulo2.pdf