PRÁCTICA 2: OBTENCIÓN DE SUSTANCIAS GASEOSAS

RESUMEN:

Al realizar este trabajo, nuestros objetivos fueron, principalmente:

El desarrollo de las habilidades básicas en el laboratorio de Química, en cuanto a las normas de seguridad a seguir, el correcto uso del material sumininstrado y el tratamiento adecuado de los productos y reactivos.

La utilización práctica de nuestros conocimientos previos, teóricos, de formulación inorgánica para aplicar éstos fuera del papel.

La introducción del concepto de "reacción química", de reactivos y de productos, así como el aprendizaje de los ajustes estequiométricos de estas reacciones. También se trabaja con el concepto de disolución.

Para esto, necesitamos los siguientes reactivos (con la finalidad de obtener los subsiguientes productos):

Zinc (react.):

Ácido Clorhídrico (react.):

Cloruro de zinc (prod.):

Hidrógeno (prod.):

Cobre (react.):

Ácido Nítrico (react.):

Nitrato cúprico (prod.):

Dióx. de nitrógeno (prod.):

Cloruro amónico (react.):

Sosa (react.):

Cloruro de sodio (prod.):

Amoníaco (prod.)

Muchas de las sustancias que íbamos a manipular eran potencialmente peligrosas, por lo que era esencial seguir al pie de la letra las indicaciones del profesor y nunca hacer algo descontrolado con las sustancias. Debíamos usar vestimenta especial (bata) y gafas protectoras. El experimento que a continuación se relata no debe ser repetido fuera de un laboratorio ni de la supervisión de un responsable.

También era necesario, al igual que en toda práctica, llevar un registro de todo lo que sucedía frente a nuestros ojos. En este caso, el registro fue mayoritariamente realizado mediante vídeo.

INTRODUCCIÓN:

Estamos realizando un experimento que nos mostrará, aparte de otras muchas cosas, la ley de la Conservación de la Masa de Lavoisier. Esta ley enuncia que, en una reacción química, no habrá cambio de masa. La masa se transformará, pero seguirá siendo la misma cantidad. Para esto habría que medir, como ya hemos hecho en años anteriores, la masa de los productos y la de los reactivos, y compararlas para demostrar que son idénticas.

Mas no es este el fin de nuestra práctica. Es simplemente uno de los muchos hitos que nos marcan el camino en esta experimentación, y uno de los puntos de partida para nuestras conclusiones y resultados.

Y, aun con estos puntos de partida, nos resulta difícil predecir (al contrario que en la práctica anterior) los resultados en el laboratorio. Está bien, sabemos que unos determinados reactivos nos proporcionarán unos productos que conocemos, eso sí, pero nos es prácticamente imposible imaginar cuál será el resultado, actual y visible, de nuestro experimento. Como mucho, podemos saber que el PH de una determinada reacción será ácido, o que otra reacción será exotérmica y nos calentará los dedos, pero poco más allá.

Para conocer los datos reales, necesitamos mojarnos los pies. Necesitamos experimentar.

TRABAJO EXPERIMENTAL:

En esta práctica hemos desarrollado una serie de experimentos con reactivos, para elaborar ciertas reacciones químicas.

Las reacciones químicas, de las que hablamos, son procesos en los que se modifican las sustancias iniciales (reactivos) en otras sustancias diferentes (productos).

El material:

• 3 tubos de ensayo y gradilla
  





• 1 vaso de precipitados grande





• pipeta

• cuentagotas





• mechero





• varilla de vidrio





• 1 globo

• papel indicador de pH.

Antes de empezar a trabajar, nuestro profesor nos dijo que deberíamos protegernos, puesto que íbamos a manejar ciertas sustancias que eran peligrosas. Nos protegimos con bata y gafas; nos recordó que no deberíamos oler directamente las sustancias con las que íbamos a trabajar, sino desde lejos. También nos dijo que es muy importante que después de haber manejado los productos químicos nos lavásemos las manos muy bien.

Para el primer experimento:

Obtención de gas hidrógeno, utilizamos:

Zinc + Ácido clorhídrico = Cloruro de zinc + Gas hidrógeno.

Esto con respecto a las sustancias, pero como materiales usamos:

1 globo y un tubo de ensayo.

Comenzamos vertiendo el Ácido clorhídrico al tubo de ensayo (es vertido por el profesor). Posteriormente ponemos dentro una piececita de Zinc y rápidamente tapamos la boca del tubo con el globo, para que el gas se quede dentro. El Zinc en contacto con el ácido clorhídrico comienza como a estar en un estado de efervescencia, entonces el tubo de ensayo se pone caliente por la parte de abajo. El globo, si contiene la suficiente cantidad de gas, sube hacia arriba (como los globos de helio). Hay que tener mucho cuidado, porque, si les acercas una cerilla o un mechero explota realizando un gran estruendo y una especia de llamarada.

Para el segundo experimento:

Obtención de dióxido de nitrógeno, hemos utilizado:

Cobre + Ác. Nítrico = Nitrato cúprico + Monóx. de nitrógeno + Agua

Con respecto a los materiales:

1 tubo de ensayo, varilla de cristal, papel medidor de pH y vaso de precipitados grande.

NOTA: EL MONÓXIDO DE NITRÓGENO, RÁPIDAMENTE SE OXIDA. EL GAS ROJIZO ES DIÓXIDO DE NITRÓGENO.

Hemos comenzado vertiendo una pequeña cantidad de Ác. nítrico (por el profesor), y luego le hemos añadido un par de filamentos de cobre. Vimos que el contenido del tubo era verde y que olía similar al cloro de las piscinas, además de que la parte de abajo se calentaba. El "gas" se que daba en las paredes del tubo, se quedaba de color amarillo. Luego con una varilla de cristal pusimos un gota en un papel medidor de pH, y salio color rojo (muy ácido). después lo vertimos en un vaso de precipitados grande y le pusimos agua hasta que fuese neutro, su color cambió a azul.

para el tercer experimento:

Obtención de amoniaco

Cloruro amónico + sosa = Cloruro de sodio + Amoniaco + Agua

Con respecto a los materiales, hemos utilizado:

1 tubo de ensayo y un mechero bunsen.

Comenzamos vertiendo en el tubo una pequeña cantidad de agua y añadimos una perla de sosa (de aspecto similar a una perla de naftalina, este producto lo suministra el profesor). Estas preparando una disolución de de sosa, la parte de abajo del tubo está caliente.

Después añadimos el cloruro amoniaco, en pequeñas cantidades, y calentamos la disolución en el mechero, siempre con mucho cuidado, entonces fue cuando el olor del amoniaco invadió el laboratorio del colegio.

RESULTADOS OBTENIDOS

Bueno pues la mayoría de todo los resultados han sido explicados en el apartado anterior, vamos a resumirlo todo en unos vídeos que hemos grabado en clase. Pero las observaciones nuestras os las vamos a poner.

Experimento 1: obtención de gas hidrógeno

Como ya habéis visto el vídeo, queda poco por decir, excepto las cosas que en un simple vídeo no se pueden percibir. Como por ejemplo: No sé si lo habéis visto, pero cuando añades el Zinc al Ácido clorhídrico, entra en un estado de efesverscencia, y la parte posterior del tubo está más que caliente, quema. Aunque a nosotros no nos funcionó os aseguramos que si en el globo hay suficiente cantidad de Hidrógeno el globo sube, como los que están hinchados con helio. Tampoco sé si os habéis percatado de lo que sucede cuando le acercas una cerilla, que sale una llamarada capaz de dejarte sin cejas, y un estruendo impresionante que no sé como los de las clases de al lado no vinieron a ver que pasaba.
Aquí hay otro vídeo que muestra esto precisamente, y cómo el profesor lo hizo.

Experimento 2: obtención de dióxido de nitrógeno.

Aquí también hay poco que decir, puesto que contamos con el dibujo del apartado anterior (trabajo experimental) y este vídeo, pero insisto en que no penséis que os vais a librar de las observaciones, porque hay cosas que vosotros no apreciáis en el vídeo, como el olor, si quema o no, etc. Y para esto estamos nosotras. En este experimento solo podemos matizar el olor, que era similar al cloro de las piscinas, y que el extremo del tubo estaba caliente. También, por si no lo habéis visto, se pone verde el Ácido nítrico en contacto con el cobre y poco después sube una especie de gas que se queda en las paredes, cuanto más para abajo, más naranja y cuanto más para arriba, más amarillento. En este otro vídeo medimos el PH tras la reacción, y lo mezclamos con agua.

Experimento 3: obtención de amoniaco.

En este experimento sigo tan solo especificando el olor y la tempratura. Al principio, la disolución de sosa no olía a nada, igual que la disolución más el cloruro amónico. Pero lo que si se apreciaba es que el extremo quemaba, como en los experimentos anteriores. El contenido del tubo comenzó a oler cuando lo pusimos a calentar.

CUESTIONES:

1.
a) Zn + HCl ---> ZnCl + H2 /ajustada/ 2Zn + 2HCl ---> 2ZnCl + H2
b) Cu + HNO3 ---> Cu(NO3)2 + NO + H2O /ajustada/ 2Cu + 6HNO3 ---> 2Cu(NO3)2 + 2NO + 3H2O + 1/2 O2
c) NH4Cl + NaOH ---> NaCl + NH3 + H2O (esta no necesita ajustarse)

2. Los reactivos están coloreados en rosa y los productos en azul.

3. Hemos preparado una disolución de sosa en agua. El disolvente era el agua y el soluto la sosa (hidróxido de sodio). Al disolverse en agua, esta disolución libera una gran cantidad de calor, pero tarda asimismo en disolverse por completo.

4. Todas las reacciones que hemos hecho han sido exotérmicas: desprendían calor. La primera reacción, para obtener gas hidrógeno, calentó la base del tubo rápidamente. La segunda, la del dióxido de nitrógeno, también desprendió calor, aunque menos. La reacción del amoníaco, la última, desprendió más o menos la misma cantidad de calor que la del gas hidrógeno.

5.
a) Gas hidrógeno: Con una presión y temperatura estándar, el hidrógeno es un gas diatómico incoloro, inodoro, no metálico, insípido y altamente inflamable. Es, además, el elemento atómico más ligero. Tiene un punto de fusión de −259 ºC, y de ebullición de −252 ºC.
b) Dióxido de nitrógeno: Este gas tóxico, de color rojo pardo, tiene un olor característico, nítido y penetrante. El NO₂ es uno de los contaminantes atmosféricos más prominentes. Su punto de fusión es a -12 ºC y de ebullición a 21 ºC.
c) Amoníaco: Se encuentra normalmente como un gas incoloro de olor pungente. Hay una marcada ausencia de agua en el amoníaco, lo que provoca que deba ser guardado a alta presión o baja temperatura: punto de ebullición a -33 ºC , y de fusión a -77 ºC.

6. Hidrógeno: En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas, H2. El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene número atómico 1. Es uno de los constituyentes principales de la materia orgánica, y está distribuido por todo el Universo.

El empleo más importante del hidrógeno es en la síntesis del amoniaco. La utilización del hidrógeno está aumentando con rapidez en las operaciones de refinación del petróleo como el rompimiento por hidrógeno y el el tratamiento con hidrógeno para eliminar el azufre.

Dióxido de nitrógeno: El óxido de nitrógeno (IV) o dióxido de nitrógeno (NO2), es un compuesto químico formado por los elementos nitrógeno y oxígeno, uno de los principales contaminantes entre los varios óxidos de nitrógeno. El dióxido de nitrógeno es de color marrón-amarillento. Se forma como subproducto en los procesos de combustión a altas temperaturas, como en los vehículos motorizados y las plantas eléctricas. Es perjudicial para la salud.

Amoniaco: El amoníaco es un compuesto químico cuya molécula consiste en un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo a la fórmula NH3. En disolución acuosa se puede comportar como una base y formarse el ion amonio, NH4+. El amoníaco, a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor muy penetrante y nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposición de la materia orgánica. Se disuelve fácilmente en el agua y se evapora rápidamente. Generalmente se vende en forma líquida. El amoníaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposición y por desechos animales. El amoníaco es esencial para muchos procesos biológicos. La mayor parte del amoníaco producido en plantas químicas es usado para fabricar abonos. El resto es usado en textiles, plásticos, explosivos, en la producción de pulpa y papel, alimentos y bebidas, productos de limpieza domésticos, refrigerantes y otros productos. También se usa en sales aromáticas.

7. El pH es una medida de la acidez o basicidad de una solución. El pH es la concentración de iones o cationes hidrógeno [H+] presentes en determinada sustancia. La sigla significa "potencial de hidrógeno". Este término fue acuñado por el químico danés Sornasen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno. Porque porque era el que tenía mayo acidez.

8. Sí, porque en pequeñas cantidades no es tan contaminante, en cambio el Dióxido de nitrógeno,que es muy perjudicial,lo pusimos en un bote de residuos. Es cierto que son contaminantes, pero no es mucha la cantidad que obtenemos en las reacciones.

9. Pensamos que es porque no era necesario calentar la 1 y la 2 para observar la reacción, en cambio para que oliese a amoniaco era necesario que se calentase aunque solo fuese un poco.

CONCLUSIONES:

Como ya habíamos comentado antes, éramos incapaces de imaginar los resultados de nuestros experimentos. Y, por supuesto, lo que pudiéramos imaginar que sucedería siempre estaría muy lejos de lo que hemos logrado en realidad. Jamás hubiéramos podido prever que el cobre y el ácido nírtico darían como resultado un líquido de uncolor verde intenso y un gas anaranjado, o que el hidrógeno que se acumulaba en los globos explotaría al contacto con el fuego de manera tan espectacular, y que hayamos podido conseguirlo tan fácilmente...

Por otro lado, entiendo que sí hemos logrado nuestros objetivos propuestos. Sin la seguridad de las normas que se nos proponía entender y obedecer, alguien podría haber terminado con un ojo menos, con la piel calcinada o con consecuencias hasta mucho peores. No hace falta ir muy lejos para averiguar lo que puede acarrear el mal uso de sustancias de laboratorio tan peligrosas como éstas, y más aún en personas de mi edad (cuyo mayor afán, permitidnos decir, no es precisamente el de acatar los reglamentos a rajatabla).

Hemos aprendido, pues, a tener un comportamiento adecuado en presencia de materiales potencialmente peligrosos y dañinos, y a manejarlos sin problemas.
También, ya que nos habíamos marcado el objetivo de aplicar a la práctica nuestra sabiduría, hasta entonces puramente teórica, de la química inorgánica, hemos logrado pasas a la vida real algo que tantas veces habíamos hecho con lápiz y papel; algo tan sencillo como ajustar estequiométricamente las reacciones químicas, usando esta vez reactivos y productos que podemos ver, oler y tocas (bueno, quizás tocar no tanto). Ahora vemos una reacción química tal y como realmente es, y sabemos comprenderla mejor, pues es sólo orden del sentido común que sea más fácil entender algo que puedes comprobar como real, que un montón de letras y números desperdigados sobre un papel.

BIBLIOGRAFÍA:

No hemos necesitado consultar ningún libro ni página web durante el informe, tan solo hemos precisado de nuestras notas y nuestra memoria.

En las cuestiones hemos consultado, para la 5 y la 6, las páginas:

http://www.lenntech.com/espanol/tabla-peiodica/H.htm#Nombre

http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_nitr%C3%B3geno

http://es.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADaco

AGRADECIMIENTOS:

Como siempre, a nuestro profesor de Física y Química, Ángel.