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LEY DE LA CONSERVACION DE LA MATERIA. E. Q Dayamy Montzerrat Avila Calzada 208620 Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Instituto de Ciencias Biomédicas Departamento de Ciencias Químico-Biológicas, Licenciatura en Química Laboratorio de Química General

Resumen. Una reacción química es un proceso por el cual las sustancias llamadas reactivos reaccionan formando productos, a pesar de dichos cambios las reacciones se rigen por la ley de la conservación de la materia; en esta práctica se realizó una serie de reacciones con cobre, pasando por los diferentes tipos de reacciones (descomposición, desplazamiento simple y doble) hasta obtener nuevamente cobre en estado libre, confirmando como la materia no se destruye solo se transforma y su masa nunca cambia. Palabras clave. Materia, reacciones, estequiometria, conservación, exotérmica, endotérmica.

Introducción. Una reacción química es un proceso por el cual una o más sustancias, llamadas reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades diferentes, conocidas como productos; durante una reacción se observan cambios como modificación de las propiedades físicas y químicas, alteración de la composición porcentual de los átomos de un compuesto y desprendimiento de energía. A pesar de dichos cambios, la masa se mantiene constante, lo que implica que la masa total de reactivos es igual a la masa total de las sustancias que se obtienen tras la reacción (Rodríguez, Sánchez, Cano, & Loeza, 2013). Este concepto está directamente relacionado con la ley de la conservación de la materia y significa que las cantidades de las masas involucradas en una reacción determinada deberán ser constantes, es decir, la cantidad de reactivos consumidos es igual a la cantidad de productos formados, aunque se hayan transformado los unos en los otros. Fundamento teórico. La ley de la conservación de la materia o ley de Lavoisier fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por Antoine Lavoisier en 1789, se enuncia de la siguiente manera:

«En un sistema aislado, durante toda reacción química ordinaria, la masa total en el sistema permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa de los productos obtenidos» Este principio de la química plantea que la materia no se crea ni se destruye durante una reacción química, solo se transforma (Vásquez, 2020). Objetivos. 



Relacionar los fundamentos teóricos de estequiometria de reacción con la práctica experimental, partiendo de un reactivo para realizar reacciones de combinación, descomposición, desplazamiento sencillo y doble, además de óxido-reducción. Volver al material inicial y calcular el porcentaje de rendimiento.

Hipótesis. Las diferentes reacciones del cobre van a demostrar que la cantidad siempre va a ser la misma, cumpliéndose así la ley de la conservación de la materia; las reacciones con ácidos van a ser principalmente exotérmicas mientras que las reacciones con metales y agua destilada deberán ser endotérmicas.

Materiales y métodos. Reacciones del cobre. Corte un alambre de cobre en trozos pequeños, pese 0.5 g de cobre y anote el peso que marco, con una espátula transfiera el cobre metálico a un vaso de precipitado de 250 mL y con ayuda de una pipeta graduada agregue 5 mL de HNO3 concentrado, recuerde realizar este paso en la campana de extracción de gases. En el mismo vaso de precipitado agregue agua destilada hasta llegar a un volumen de 150 mL, ahora con una pipeta graduada limpia tome 30 mL de NaOH 3 M y mezcle continuamente con un agitador de vidrio hasta obtener un precipitado. Con cuidado coloque un tripie, una tela de asbesto y el mechero Bunsen, conecte la manguera de látex a las válvulas, verifique que todo esté en orden y no haya fugas, con un encendedor prenda el mechero y calibre ya hecho esto coloque el vaso de precipitado en el tripie y calentar gentilmente mezclando de vez en cuando para evitar que empiece a ebullir la solución. Esperar de 5 a 10 minutos para que la reacción se complete, ya formado un precipitado retire del mechero y deje que se sedimente. En otro vaso de precipitado de 250 mL ponga 150 mL de agua destilada y calenté a un punto inferior a la ebullición, decante y extraiga con una pipeta Pasteur el líquido sobrenadante del primer vaso de precipitado teniendo cuidado de que no se pierda el CuO(s) formado en el fondo del vaso; una vez que el agua está caliente transfiera 100 mL al vaso de precipitado que contiene el CuO y agitar continuamente hasta que se vuelva a formar un nuevo precipitado, extraiga el líquido sobrenadante y agregue 15 mL de H2SO4 lentamente y agite con un agitados de vidrio. Pese 1 g de Zn granular y agréguelo a la solución y mezcle (este paso debe realizarse en la campana de extracción de gases), si la solución se ve azul se le adiciona más Zn, cuando la solución esta descolorida se

decanta y desecha el líquido sobrenadante con la pipeta de Pasteur y aquel Zn que pudo haber quedado; pase a una capsula de porcelana en la balanza analítica, registre su peso y después se transfiere el cobre a la cápsula de porcelana, se le realiza dos lavados, con 50 mL de agua destilada cada uno y agitar la mezcla, luego dejar que el sólido se asiente, para decantar el líquido sobrenadante. Por último, seque con cuidado la cápsula para quitar la humedad que pueda quedar en ella, cuidando de no perder nada del cobre sólido, deje la cápsula de porcelana con el cobre secando de 2 a 6 días y pesar el producto seco la siguiente semana. Resultados. En la primera reacción entre cobre y ácido nítrico se obtuvo nitrato de cobre, agua y dióxido de nitrógeno con coloración naranja, la reacción presento un color azul.

Imagen 1. Reacción de Cu y HNO4.

Imagen 2.Cambio de coloración en la reacción.

Imagen 3. Liberación de gas.

Cuando se le agrega agua destilada se obtuvo un cambio una coloración azul.

Cuando se quitó el líquido sobrenadante y se le agrego ácido sulfúrico, se obtuvo una mezcla casi homogénea de color turquesa claro y el precipitado ‘desapareció”.

Imagen 4. Incorporación de agua destilada. Imagen 9 Formación de CuSO4..

Imagen 5. Cambio de coloración.

Cuando se le agrega NaOH al producto de la reacción anterior, se obtuvo un precipitado y una coloración de azul a azul grisáceo, al ponerle calor, el precipitado se volvió obscuro y la coloración a ser incolora.

Imagen 10. Adición de Zn a la reacción.

Imagen 11. Formación de Cu.

Imagen 6. Cambio de coloración.

Imagen 12. Lavado del Cu.

Imagen 7. Adición de calor.

Imagen 13. Cu libre.

Imagen 8. Formación del precipitado.

Al finalizar, se registraron varios datos con el fin de obtener el peso final del Cu y en rendimiento con se observa en la tabla 1.

Tabla 1. Valores registrados.

Discusión.

Variable

Datos

Peso del alambre cobre, g

1.00

Peso de capsula de porcelana, g

39.71

Peso del vidrio reloj + residuos de cobre, g

40.50

Masa de cobre recuperado, g

0.79

Porcentaje recuperado de cobre %

79%

Así mismo, se registraron las reacciones principales que observamos junto en la tabla 2. Tabla 2. Reacciones principales ya balanceadas y su tipo de reacción.

Principales reacciones observadas. 1

Reacción de redox Cu +4HNO3  Cu(NO 3)2 + 2H2O + 2NO2↑

2

Reacción de desplazamiento doble Cu(NO3)2 + 2NaOH  Cu(OH)2 + 2NaNO3

3

Reacción de descomposición  + H2O Cu(OH)2  CuO

4

Reacción de desplazamiento doble CuO  + H2SO4  CuSO 4 + H2O

5

Reacción de desplazamiento simple CuSO4 + Zn  ZnSO 4 + Cu Tabla 3. Tipo de liberación de energía registrada.

Liberación de energía en las reacciones 1 Exotérmica 2 3 4 Exotérmica 5 Exotérmica

El rendimiento recuperado del cobre fue de un 79%, la diferencia en este porcentaje nos dice que hubo una pérdida de 0.21 g de cobre; esto se debe principalmente a varios errores que se pudieron presentar en el proceso para obtener dicho producto. Para entender los posibles errores presentes, debemos saber qué fue lo que paso en cada reacción y los factores que influyeron en el experimento; por medio de lo que se llama ciclo de reacciones del cobre, que consiste en una serie de reacciones redox en el cual se usan diferentes ácidos, bases y metales para volver a obtener cobre, como se sabe este metal tiene un excelente índice de recuperación, pudiéndose ser reciclado un numero casi ilimitado de veces. En la primera reacción entre cobre y ácido nítrico tenemos la oxidación del cobre, que paso de estar neutro, es decir con carga 0 a tener carga de +2 de esta forma uniéndose al anión nitrato y dar el producto de la siguiente reacción (Petrucci, Harwood, & Herring, 2007), la coloración es esta reacción está dada por el cobre +2. En la segunda reacción tenemos una reacción de desplazamiento doble con formación de precipitado, debido a que se intercambian para formar nuevos productos, cuando se calentó la mezcla se rompieron los enlaces dando paso a una reacción de descomposición dándonos el óxido cúprico, cuando se usa el ácido sulfúrico ocurre una reacción de desplazamiento doble, es decir se produce un intercambio el catión del óxido (+2) se une al anión sulfato (-2) para dar como producto el sulfato de cobre y al mismo tiempo el catión del hidrogeno se une al del oxígeno. La reacción final corresponde a una reducción del cobre pasando de un estado de oxidación de +2 a un estado neutro como en un inicio, mientras que el zinc que estaba en

estado neutro ahora tiene un estado de oxidación de +2 (Petrucci, Harwood, & Herring, 2007). Ahora bien, volviendo a la cantidad experimental obtenida se perdió 0.21 g de cobre, esto puede ser debido a que en varias ocasiones se extrajo el líquido sobrenadante de las reacciones para que se pudieran realizar las reacciones siguientes, otro error que se pudo presentar fue el hecho de que las concentraciones de los reactivos no fueran las indicadas, que al momento del lavar el cobre con agua destilada al final se haya desechado una parte de él. Un último error a nivel reacción, es que la reacción dos requiere de calor para que, de acuerdo a la teoría de choques, se pueda asegurar que el nitrato de cobre entre en contacto con el hidróxido de sodio con el fin de obtener más hidróxido de cobre en un tiempo menor (Perdomo & Toro, 2016). Conclusión. El ciclo de reacciones que se usaron fueron exitosas, las reacciones de desplazamiento simple, doble, descomposición nos permitieron volver a tener cobre en estado libre como producto final, en este caso el porcentaje de recuperación fue del 79% debido a errores en el proceso, sin embargo, podemos comprobar en trabajos antes vistos que la ley de la conservación de la materia si se puede comprobar. Esto es muy importante para nosotros como químicos el optimizar y realizar cada operación con cuidado y exactitud con el fin de obtener siempre la misma masa, no solo por cumplir la ley sino también para hacer trabajos de calidad. Bibliografía. Perdomo , S., & Toro, C. (2016). Ciclo del cobre. Obtenido de Sidleshare: https://es.slideshare.net/Sebastianfonseca6/ci clo-del-cobre

Petrucci, R., Harwood, W., & Herring, F. (2007). Quimica general. Prentice Hall. Rodríguez, K., Sánchez, I., Cano, J., & Loeza, M. (2013). Práctica 8. Ley de conservación de la materia. Obtenido de Química experimental: https://www.actiweb.es/equipo1qe/practica_ 8.html Vásquez, D. (2020). GUÍA N°2 Y EVALUACIÓN FORMATIVA QUÍMICA. Obtenido de Colegia Santa Barbara: http://colegiosantabarbara.cl/wpcontent/uploads/2020/10/Guia-2-primeromedio-segundo-semestre-Quimica.pdf...