Lab 5. Determinación del porcentaje de agua de hidratación de un compuesto PDF

Preview

Summary

Download Lab 5. Determinación del porcentaje de agua de hidratación de un compuesto PDF

Description

1

Determinación del porcentaje de agua de hidratación de un compuesto Universidad del Cauca Resumen— En este informe se exponen los resultados obtenidos en la medición de masas de una determinada cantidad del hidrato CuSO4·5H2O y su anhidro CuSO4 conseguido después del calentamiento de la muestra inicial. La comparación de estos valores permitirá determinar la cantidad de agua eliminada de 0,281g de sulfato cúprico pentahidratado y el porcentaje de agua de hidratación experimental del compuesto; estos valores serán analizados y los cambios físicos observados en la práctica serán explicados en base a los conceptos que se expondrán en el marco teórico. Palabras clave— hidrato, anhidro, desecación.

I.

INTRODUCCIÓN

Es muy común observar que después de dejar el salero del comedor destapado por varios días húmedos, resultará más difícil que la sal salga por los agujeros por más que se agite. La explicación en el lenguaje común es simple: ha ingresado agua al salero. Sin embargo, si se realiza un estudio más detallado es posible notar que un hecho tan sencillo ha cambiado algunas propiedades físicas de la sal, por ejemplo los cristales ya no lucen transparentes como lo hacían antes, sino que ahora, después del ingreso de agua procedente de la atmósfera, lucirán un poco más blancos y opacos. Tal vez lo anterior se deba a que las moléculas de agua penetraron la estructura cristalina de la sal. Muchos de los compuestos iónicos son susceptibles a la hidratación, es decir a la inclusión de moléculas de agua en su estructura cristalina de modo que se establecen interacciones químicas entre dichas moléculas y algunos iones presentes. Estos compuestos reciben el nombre de hidratos y presentan algunas propiedades distintas que en su estado anhidro (sin agua en su interior). En el contexto de este informe se expondrán las ideas generales que permitirán comprender los procesos de hidratación y desecación de un compuesto cristalino en particular (CuSO4·5H2O) y establecer relaciones cuantitativas para determinar el porcentaje de agua de hidratación de dicho compuesto, es decir la cantidad porcentual de agua por mol que alberga en su interior. II.

Hidratos

Los hidratos son compuestos que tienen un número específico de moléculas de agua unidas a ellos, es decir contienen cantidades determinadas de agua combinada químicamente dentro de su estructura de estado sólido. Las moléculas de agua se pueden eliminar por calentamiento (desecar) y el compuesto resultante se denomina anhidro. Las moléculas de H2O pueden presentarse en cristales hidratados ocupando posiciones en la red de la estructura cristalina sin asociarse con ningún ion específico u ocupando huecos de una estructura cristalina. Los iones con cargas elevadas atraen fuertemente a los átomos de hidrógeno y oxígeno de la molécula de agua. Frecuentemente permanecen iones hidratados en los sólidos cristalinos que se obtienen por la evaporación de soluciones acuosas de sales así: FeCl3·6H2O consiste en iones Fe(H2O)63+ClCuSO4 consiste en iones Cu(H2O)24+SO4

Sulfato cúprico pentahidratado (CuSO4·5H2O)

Es el producto de la reacción química entre el sulfato cúprico (II) anhidro y el agua. Se caracteriza por su color calipso y sus rápidos cambios de temperatura al agregarle más agua.

OBJETIVOS

1.

Analizar un hidrato para determinar el porcentaje de agua de hidratación de un compuesto.

2.

Determinar la composición porcentual de esta sustancia. III.



MARCO TEÓRICO

Figura 1. Cristales de sulfato cúprico pentahidratado.

2

V.

La reacción de hidratación puede ser escrita de la forma:

CuS O4 ( s) +5 H 2 O (l ) ⟶ CuSO 4 ∙ 5 H 2 O (s) El sulfato de cobre (II) anhidro tiene numerosas aplicaciones como alguicida en el tratamiento de aguas, fabricación de concentrados alimenticios para animales, abonos, pesticidas, mordientes textiles, industria del cuero, pigmentos, baterías eléctricas, preservantes de maderas, industria del petróleo, industria del acero, colorante cerámico, en fin. IV.

MATERIALES Y PROCEDIMIENTO

Los siguientes fueron los materiales utilizados en la práctica de laboratorio: Material:  Crisol con tapa  Desecador Reactivos:  Sulfato cúprico pentahidratado (CuSO4·5H2O) Equipos:  Mechero  Balanza analítica  Pinzas para crisol  Soporte  Aro Los procedimientos experimentales realizados fueron los siguientes: 1.

Se pesó el crisol limpio y seco anotando su resultado.

2.

Se pesó 0,281g de CuSO4·5H2O en el crisol.

3.

Puesto en el crisol se calienta la muestra de CuSO4·5H2O hasta conseguir un cambio de color en la misma.

4.

Una vez conseguido el cambio de color en la sustancia, se tapa y se procede a poner en el desecador hasta que adquiera la temperatura ambiente.

5.

Al tener la temperatura ambiente se pesó la nueva muestra.

6.

Se deja la muestra destapada durante un tiempo de 5min y posterior a esto se vuelve a pesar.

7.

Finalmente se agrega a la muestra 3 gotas de agua destilada y se observan los cambios.

RESULTADOS

A continuación se describen los resultados obtenidos y las observaciones realizadas en cada uno de los procedimientos anteriores. Se usarán las siguientes notaciones:

m t=masade la tapadel crisol m c =masa del crisol m ch=masadel crisol+CuS O4 ∙5 H 2 O(s) m h=masa del hidrato CuS O 4 ∙5 H 2 O (s) Antes de calentar el crisol con el contenido de CuSO 4·5H2O se obtuvieron las siguientes medidas de masa:

mt

mc

m ch

19,525g

17,829g

18,110g

m h =m t −m t 0,281g

Después de calentar el crisol con la muestra de sulfato cúprico pentahidratado, la sustancia comenzó a presentar un cambio de color de azul a gris-blanco. Finalmente, toda la muestra se tornó de este último color. Una vez tapado el crisol con la muestra resultante adentro, y lograda la temperatura ambiente, se vuelve a medir su masa obteniéndose un valor de 37,557g. Al destapar el crisol y dejar la muestra expuesta al ambiente durante 5 minutos se vuelve a medir la masa del crisol con la muestra resultante obteniéndose un valor de 18,033g. Finalmente, al agregar tres gotas de agua destilada a la muestra, esta vuelve a obtener el color azul que lucía antes del calentamiento. VI.

ANÁLISIS

Inicialmente se tomaron 0,281g de sulfato cúprico pentahidratado (CuSO4·5H2O) que gracias al calor suministrado por el mechero adquiere la energía necesaria para romper los enlaces existentes entre las moléculas de agua y algunos de los iones al interior de su estructura cristalina. De este modo, el agua contenida en los cristales de sulfato cúprico pentahidratado (CuSO4·5H2O(s)) se evapora convirtiéndose éste último en un anhidro, a saber el sulfato cúprico (CuSO4(s)) cuya estructura interna también es cristalina, pero su color a nivel macroscópico es diferente: gris-blanco como se observa en la figura 2.

3

sulfato cúprico, hidratándose en la proporción adecuada para establecer los enlaces con las moléculas H2O, formándose de nuevo el sulfato cúprico pentahidratado (CuSO4·5H2O) lo que explica que vuelva a retornar a su color azul característico de este hidrato. El porcentaje de hidratación teórica del CuSO4·5H2O es

% H 2 O=

5×(masa molecular H 2 O) × 100 masa molecular CuS O 4 ∙ 5 H 2 O

es decir, Figura 2. Sulfato cúprico anhidro color gris-blanco.

Lo anterior explica que el cambio de color en la muestra de sulfato cúprico pentahidratado al calentarse en el mechero es debido a su deshidratación. La muestra resultante es entonces sulfato cúprico anhidro cuya masa puede ser calculada. Teniendo en cuenta la siguiente notación

m ah =masa del anhidro CuS O4 (s ) m H O=masa delagua perdida 2

se tiene que, según los resultados anteriores,

% H 2 O=

5×(18,015 g) ×100=36,1 % 249,682 g

Experimentalmente, antes del calentamiento la masa del hidrato era m h=0, 281 g , al calentarse y cambiar de color se consigue una reducción en la masa de la sustancia ya que se elimina el agua de su estructura y queda “anhidra”. La masa de agua eliminada fue m H 2 O=0,078 g . Es posible determinar que porcentaje de la muestra inicial representa esta masa de agua de la siguiente manera:

m ah+ m c + m t =37,557 g

% H 2 O=

mH O ×100 mh 2

de modo que es decir,

m ah=37,557 g−mc −mt =0,203 g

% H 2 O=

0,078 g × 100=27,8 % 0,281 g

Por otro lado, la masa del agua eliminada de la muestra fue

m H O= m h−m ah =0,078 g 2

Después de 5 minutos de exponer la muestra de sulfato cúprico anhidro al ambiente (es decir retirando la tapa del crisol fuera del desecador) se tiene que

Lo que indica que a pesar de que se extrajo agua de la estructura molecular aún seguía habiendo 8,3% de agua hidratando el sulfato cúprico. Sin embargo, este 27,8% de agua extraída bastó para conseguir un cambio en propiedades físicas de la sustancia como su color lo que garantizaba que en una gran cantidad ya se contaba con sulfato cúprico anhidro.

'

m ah+m c =18,033 g de donde

VII. 

Es posible mediante el calentamiento de un hidrato conseguir la eliminación de un buen porcentaje de agua contenida en su estructura molecular y dicha eliminación se pondrá en evidencia al conseguir un cambio en propiedades físicas de la sustancia como su color ya que las moléculas de H2O están unidas químicamente a la estructura de los hidratos y al extraerla ocurrirán cambios internos.



El porcentaje de hidratación es único para cada hidrato puesto que la inclusión de moléculas de agua en el

' ah

m =0,024 g En el transcurso de los 5 minutos vuelve a ingresar agua procedente de la atmósfera y la masa de la muestra de sulfato cúprico anhidro comienza a variar. Aunque estas variaciones son mínimas, reflejan un aumento en la masa lo que indica que la muestra se está hidratando de nuevo. Al agregar las gotas de agua destilada, vuelve a ingresar la cantidad suficiente de agua a la estructura molecular del

CONCLUSIONES

4

interior de la estructura cristalina se logra gracias a interacciones químicas que, como es bien sabido, se dan en proporciones fijas bien definidas. Así, al agregar las tres gotas de agua al sulfato cúprico anhidro, no toda el agua va a penetrar en su estructura, sino una cantidad que permita mantener un porcentaje de hidratación del 36,1%; el resto del agua queda por fuera. 

La desecación de un hidrato se realiza con calor debido a que la energía térmica rompe los enlaces de la red cristalina permitiendo así que se escapen las moléculas de agua que se encuentran unidas a los iones. Es posible verificar que un compuesto ha sido deshidratado completamente cuando la relación porcentual entre la masa inicial del hidrato y la masa de agua eliminada es igual al porcentaje teórico de agua en el hidrato que puede ser calculado fácilmente. VIII.

REFERENCIAS

[1]. Chang R. Química. Séptima edición. Mc Graw-Hill. México, 2002. [2]. Briceño O. Química: orgánica-inorgánica. Segunda edición. Fondo educativo panamericano. Bogotá, 2000. [3]. Notas de clase. Química general. Programa de ingeniería física. Universidad del Cauca, 2015. Web grafía:  

www. wikipedia.org www.quimitube.com...