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distintos tipos de equilibrio ionico
Tipo: Apuntes
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Laboratorio de Química Analítica 1 Práctica No. 2 DIFERENTES TIPOS DE EQUILIBRIO IÓNICO OBJETIVO Distinguir mediante ensayos los distintitos tipos de equilibrio iónicos característicos de las reacciones ácido-base, de formación de complejos, de óxido-reducción y de solubilidad, de gran importancia en química analítica. INTRODUCCIÓN TEÓRICA Las reacciones utilizadas en química analítica nunca tienen como resultado la conversión completa de reactivos a productos, más bien avanzan hacia un estado de equilibrio químico , en el cual la relación de las concentraciones de reactivos y productos es constante. La expresión de las constantes de equilibrio son ecuaciones algebraicas que describen la relación de la concentración de reactivos y productos en el equilibrio y permite obtener información acerca de la composición y de las cantidades de las especies que constituyen los sistemas químicos en equilibrio. Cuando un sistema en equilibrio es alterado por cualquier causa o fenómeno externo perturbador, el sistema responde espontáneamente a la alteración minimizando los efectos que lo alteran y logrando una nueva posición de equilibrio. Estos efectos se pueden predecir cualitativamente mediante el principio de Le Chatelier, el cual establece que el equilibrio químico siempre se desplaza hacia la dirección que tiende a aliviar el efecto de una tensión aplicada. Así, un aumento en la temperatura altera la relación de la concentración en la dirección que absorbe calor, un aumento en la presión favorece a las especies participantes que ocupen un volumen total menor, un aumento en la concentración de reactivos o productos, favorece la dirección de formación de productos o de reactivos respectivamente. El efecto que produce agregar a la mezcla de reacción una cantidad adicional de las especies participantes se denomina efecto de acción de masas. Los estudios teóricos y experimentales de los sistemas reaccionantes a nivel molecular muestran que las reacciones entre las especies participantes continúan, incluso, después de alcanzado el equilibro. La relación constante de las concentraciones de reactivos y productos se debe a que se iguala las velocidades de los procesos directos e inversos. En otras palabras, el equilibrio químico es un estado dinámico en el que las velocidades directas e inversas son idénticas. Tipos de equilibrio químico. Los diferentes tipos de equilibrio químico que más interesa a la Química Analítica son los iónicos, es decir, aquellos que se establecen en soluciones acuosas y se caracterizan por intercambiar una determinada de clase de partículas. Estos equilibrios químicos sencillos son: Equilibrio de oxidación reducción: Se caracteriza porque las especies participantes intercambian electrones, el oxidante recibe los electrones de la especie reductora y se reduce, y el reductor cede los electrones al oxidante y se oxida. La oxidación implica un aumento en el número de oxidación de un elemento o ion, y la reducción una disminución del número de oxidación. En una reacción “Redox” la oxidación y la reducción ocurren simultáneamente; depende la una de la otra, es decir, en una reacción de oxido– reducción no hay exceso ni deficiencia de electrones; por ejemplo:
En este ejemplo, el agente oxidante es el cloro (0), por ser la sustancia que causa la oxidación del hierro (II) y como resultado su número de oxidación disminuye , pasa de cero a -1 y el agente reductor es el hierro (II), por ser la sustancia que causa la reducción del cloro (0) y como resultado su número de oxidación aumenta , pasa de 2+ a 3+, en consecuencia el agente oxidante se reduce y agente reductor se oxida. Equilibrio Acido-Base: Brönsted y Lowry propusieron una definición que establece que una reacción ácido-base implica transferencia de protones. El ácido es una especie (ión o molécula) que en una reacción dona un protón y forma su base conjugada, y la base es la especie (ion o molécula) que acepta el protón del ácido y forma su ácido conjugado. Ejemplos: En esta reacción, el CH 3 COOH es el ácido, porque dona, cede o intercambia un protón con la base que es el H 2 O, quien recibe el protón y forma su especie conjugada que es el ion H 3 O+. El ácido acético al ceder el protón, se desprotona y forma su especie conjugada, el ion CH 3 COO-. Formación de Complejos Metal-Ligando: La mayoría de los iones metálicos reaccionan con donadores de pares de electrones formando complejos o compuestos de coordinación. La especie donadora, llamada ligando , debe tener disponible al menos un par de electrones no compartido para formar un enlace covalente dativo con un ion metálico. El agua, el amoniaco y los iones de halogenuros son los ligandos inorgánicos más comunes, de hecho muchos iones metálicos existen en solución acuosa como acuocomplejos.
En el ejemplo, el ion Ag+^ reacciona con una molécula de amoníaco, para formar el ion complejo Ag(NH 3 ) 2 +, el cual tiene como número de coordinación dos (2), es decir, dos ligandos unidos al ion plata. El número de coordinación de un catión, es el número de enlaces covalente que tienden a formar con los donadores de electrones, o sea el número de ligandos unidos al ion metálico. Los números de coordinación más comunes son: dos, cuatro y seis. Los productos de coordinación pueden ser especies con cargas eléctricas positivas, neutras o negativas. Equilibrio de solubilidad: es un equilibrio heterogéneo en el que se produce una fase sólida (precipitado) que coexiste con una fase líquida (disolución acuosa), en la cual se encuentran las especies reaccionantes. La obtención de materia sólida se produce por
4. Formación de precipitados: A 5 ml de una solución de cloruro de bario, adicione unas gotas de nitrato de plata hasta la formación de precipitado. Agite y divida en dos porciones: a) A la porción 1 adicione gotas de cloruro de sodio. Hasta observar cambios. b) A la porción 2 adicione gotas de sulfato de potasio. Hasta observar cambios. PREGUNTAS: 1. Cuáles son sus observaciones sobre la evidencia de reacción química en cada caso? 2. Escriba las ecuaciones iónicas de las reacciones que suceden en cada uno de los cuatro procedimientos y exprese las constantes de equilibrio. 3. Cuándo se agrega: Fe(NO 3 ) 3 0.010M en el procedimiento 1; gotas de NaOH en el procedimiento 2; AgNO 3 0.01 M en el procedimiento 3a; gotas de HCl en el 3b; gotas de NaCl en el 4a y gotas de K 2 SO 4 en el 4b, se producen perturbaciones a los equilibrios establecidos. Explique a qué se deben estas perturbaciones y hacia dónde se desplaza el equilibrio en cada caso. 4. ¿Qué se puede concluir en cada uno de los equilibrios estudiados? BIBLIOGRAFIA. HARRIS, Daniel. Análisis químico cuantitativo. México: Grupo Interamericano, 1992 DRISCOLL, D. R. Invitation to Enquiry: The Fe3+/SCN-^ equilibrium. J. Chem. Educ. 56, 603 (1979) RIVERA, Alma Rocío. Manual de Laboratorio de Química (Análisis Cualitativo). Chihuahua: Instituto Tecnológico, 2002 RAMETTE, Richard. Equilibrio y Análisis Químico. México: Fondo educativo, 1983 Revisó: Cristóbal Caicedo Medina Programa de Química [email protected],edu,cu Febrero de 2014