lunes, 2 de octubre de 2017
miércoles, 9 de agosto de 2017
Reactivo limitante y rendimiento
Reactivo
limitante, rendimiento
Introducción
En
este blog hablaremos de cada una de las formulas y su proceso, incluyendo su
definición de cada una de ellas. Para no perder más tiempo hare un breve
resumen de ello El reactivo que se consume primero en una reacción, recibe el
nombre de reactivo limitante, ya que la máxima cantidad de producto que se
puede formar depende de la cantidad de este reactivo que hay inicialmente.
Cuando este reactivo se consume, no se puede formar más producto.
Los
reactivos en exceso son los reactivos que se encuentran presentes en mayor
cantidad que la necesaria para reaccionar con la cantidad de reactivo
limitante.
OBJETIVOS
1.
Aprender
las formulas
2.
Identificar
los reactivos
3.
Aprender
sus definiciones
4.
Repasar
lo visto en clase
Marco
Porcentaje de rendimiento
Se cree equivocadamente que las reacciones
progresan hasta que se consumen totalmente los reactivos, o al menos el
reactivo limitante.
La cantidad real obtenida del producto,
dividida por la cantidad teórica máxima que puede obtenerse (100%) se llama
rendimiento.
Rendimiento teórico
La cantidad de producto que debiera formarse si
todo el reactivo limitante se consumiera en la reacción, se conoce con el
nombre de rendimiento teórico.
A la cantidad de producto realmente formado se
le llama simplemente rendimiento o rendimiento de la reacción. Es claro que
siempre se cumplirá la siguiente desigualdad
Rendimiento de la reacción ≦
rendimiento teórico
Razones de este hecho:
• es posible que no todos los productos
reaccionen
• es posible que haya reacciones laterales que
no lleven al producto deseado
• la recuperación del 100% de la muestra es
prácticamente imposible
Una cantidad que relaciona el rendimiento de la
reacción con el rendimiento teórico se le llama rendimiento porcentual o % de
rendimiento y se define así:
Ejemplo:
La reacción de 6.8 g de H2S con exceso de SO2,
según la siguiente reacción, produce 8.2 g de S. ¿Cual es el rendimiento?
(Pesos Atómicos: H = 1.008, S = 32.06, O = 16.00).
En esta reacción, 2 moles de H2S reaccionan
para dar 3 moles de S.
1) Se usa la estequiometría para determinar la
máxima cantidad de S que puede obtenerse a partir de 6.8 g de H2S.
(6,8/34) x (3/2) x 32 = 9,6 g
2) Se divide la cantidad real de S obtenida por
la máxima teórica, y se multiplica por 100.
(8,2/9,6) x 100 = 85,4%
Rendimiento con Reactivos Limitantes
Ejemplo:
La masa de SbCl3 que resulta de la reacción de
3.00 g de antimonio y 2.00 g de cloro es de 5.05 g. ¿Cuál es el rendimiento?
(Pesos Atómicos: Sb = 121.8, Cl = 35.45)
En esta reacción, 1 mol de Sb4 y 6 moles de Cl2
reaccionan para dar 4 moles de SbCl3.
1) Calcular el número de moles que hay de cada
reactivo:
Peso Molecular del Sb4: 487.2
número de moles de Sb4 = 3/487.2 = 0,006156
Peso Molecular del Cl2: 70.9
número de moles de Cl2 = 2/70.9 = 0,0282
2) Comparar con la relación de coeficientes en
la ecuación ajustada. La relación es de 1 mol de Sb4 a 6 moles de Cl2. Usando
la estequiometría:
0,00656/0,0282 = 1/4,3 > 1/6
de modo que el reactivo limitante es el Cl2.
Nosotros sólo tenemos 0.0282 moles de Cl2.
3) Usar la estequiometría para determinar la
máxima cantidad de SbCl3 que puede obtenerse con 2.00 g de Cl2 (el reactivo
limitante).
4) Dividir la cantidad real de SbCl3 obtenida
por la máxima teórica y multiplicar por 100.
(4,29/5,05) x 100 = 84,9%
Algunos conceptos
Reactivo limitante
Es aquel reactivo concreto de entre los que
participan en una reacción cuya cantidad determina la cantidad máxima de
producto que puede formarse en la reacción.
Proporción de reacción
Cantidades relativas de reactivos y productos
que intervienen en una reacción. Esta proporción puede expresarse en moles,
milimoles o masas.
Rendimiento real
Cantidad de producto puro que se obtiene en
realidad de una reacción dada. Compárese con rendimiento teórico.
Rendimiento teórico
Cantidad máxima de un producto específico que
se puede obtener a partir de determinadas cantidades de reactivos, suponiendo
que el reactivo limitante se consume en su totalidad siempre que ocurra una
sola reacción y se recupere totalmente el producto. Compárese con rendimiento.
Rendimiento porcentual
Rendimiento real multiplicado por 100 y
dividido por el rendimiento teórico.
Porcentaje de pureza
El porcentaje de un compuesto o elemento específico
en una muestra impura.
Modificaciones alotrópicas (alótropos)
Formas diferentes del mismo elemento en el
mismo estado físico.
http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html
CÁLCULOS ESTEQUIOMETRICOS:
Las ecuaciones químicas expresan las relaciones
cuantitativas existentes entre las sustancias que intervienen en la reacción, y
permiten calcular la cantidad de cualquiera de ellas en moles, masa o volumen a
través de la ecuación de estado en las condiciones que correspondan.
En primer lugar definiremos algunos conceptos
necesarios para la resolución de problemas y luego veremos un ejemplo de
calculo.
* Pureza: generalmente los reactivos sólidos
suelen presentar otras sustancias extrañas (impurezas) que no intervienen en la
reacción química. Se denomina pureza al porcentaje efectivo de reactivo puro en
la masa total. Por ejemplo: 60.00 g de cobre con pureza del 80% significa que
48 g de cobre (80% de 60.00g) corresponden a cobre puro, siendo el resto
impurezas inertes.
* Reactivo limitante: se denomina así al
reactivo que limita la reacción química por encontrarse estequiométricamente en
menor proporción entre dos o más reactivos. A partir de éste deben calcularse
todos los productos formados.
* Reactivo en exceso: es el reactivo que se
encuentra estequiométricamente en mayor cantidad a la necesaria (determinada
por el limitante) y por ende, presenta una masa en exceso. Dicha masa resulta
de restar la cantidad de reactivo agregado y la cantidad necesaria.
* Rendimiento de la reacción: generalmente, las
reacciones quimicas no presentan una eficiencia del 100 % debido a condiciones
inadecuadas de presion y temperatura o a perdidas de productos por arrastre en
aquellas reacciones que involucran gases. El rendimiento se expresa como
porcentaje con respecto a uno o todos los productos y se calcula haciendo el
cociente entre la masa obtenida y la masa que debería obtenerse, multiplicado
por 100:
R= ( masa obtenida / masa teórica ) x 100
Veamos un ejemplo de aplicación:
Problema: se hacen reaccionar 50.00g de Cu (90%
de pureza) con 400.00ml de una solución 6 M de ácido nítrico a 50ºC y 3
atmósferas, con un rendimiento del 95 % respecto de Cu(NO3)2. Calcular:
a] Reactivo limitante y reactivo en exceso
b] Masa de reactivo en exceso.
c] Masa de nitrato(V) de cobre (II) obtenida.
d] Volumen de dióxido de nitrógeno obtenido.
e] Moles y moléculas de agua obtenidos.
1º]- Debe plantearse la ecuación química e
igualarla según lo indicado anteriormente.
Cu + 4 HNO3 --------> Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2
H2O
2º]- Se coloca debajo de la ecuación, las
relaciones estequiométricas de masa y moles obtenidas a partir de los pesos
atómicos y moleculares tomando en cuenta los coeficientes de igualación.
También se colocan las masas o moles dados por el problema:
Cu + 4 HNO3 --------> Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2
H2O
Relac.esteq.
63.54g 252.00g 187.54g 92.00g 36.00g
1 mol 4 moles 1 mol 2 moles 2 moles
Datos e 50.00g 400 ml 95% masa? Vol.? moles?
Incógnitas (90%) sc. 6M molec.?
Resolución:
a] Reactivo limitante y reactivo en exceso:
masa de Cu agregada: 100% ----------> 50.00
g
90% -----------> x = 45.00 g de Cu puro
moles deHNO3 agregados: 1000 ml ----------->
6 moles
400.00ml ---------> x = 2.4 moles de HNO3
masa de Cu que reacciona: Si 4 moles HNO3
---------> 63.54 g Cu
2.4 " " --------> x = 38.12 g Cu
(necesarios)
Se necesitan 38.12 g de Cu para reaccionar con
los 400.00 ml de ácido, pero agregamos 45.00 g de Cu, por lo tanto el cobre
esta en exceso y, en consecuencia, el HNO3 es el reactivo limitante.
b] Masa de reactivo en exceso:
masa de Cu exceso = 45.00 g Cu - 38.12 g Cu =
6.88 g Cu exceso.
c] Masa de Cu(NO3)2 obtenida:
Si 4 moles HNO3 ---------> 187.54 g Cu(NO3)2
2.4 " " ---------> x= 112.52 g
Cu(NO3)2(sin considerar rendim.)
Considerando el rendimiento del 95% se obtiene
el 95% del valor calculado anteriormente, es decir:
100% ----------> 112.52 g Cu(NO3)2
95% -----------> x = 106.89 g Cu(NO3)2
d] Volumen de NO2 obtenido:
Si 4 moles de HNO3 -----------> 2 moles de
NO2
2.4 " " " ----------> x = 1.2
moles de NO2
De la ecuación General de Estado de Gases
Ideales: (debemos trabajar con esta ecuación ya que el NO2 es un gas)
P
. V = n . R . T => V = n . R . T / P =>
V = (1.2 mol x 0.082 l atm / mol K x 323.15 K )
/ 3 atm = 10.60 litros.
e] Moles y moléculas de H2O:
Si 4 moles de HNO3 -------------> 2 moles de
H2O
2.4 " " " -------------> x =
1.2 moles de H2O
Si 1 mol H2O -------------> 6.02 x 10 23
moléculas (NA )
1.2 " " ------------> X= 7.22 x
1023 moléculas de H2O
Observación: en la resolución del problema, para
calcular los productos se trabaja siempre con el reactivo limitante.
http://www.donboscobaires.com.ar/acad/sec/quimica/04/4q-modulo3calculos-estequiometricos.doc
Reactivo limitante (o límite ). Cuando ocurre
una reacción, los reactivos probablemente no se encuentran en la relación
estequiométrica exacta ( la cual es siempre constante ) sino que puede haber
exceso de uno o más de ellos. En tal caso, habrá un reactivo que se consumirá
en su totalidad y será el que va a limitar la reacción. Dicho reactivo, llamado
reactivo limitante (o límite ), será el punto de referencia para todos los
cálculos relacionados con la ecuación. Así por ejemplo, si se ponen en contacto
11 g de C3H8 con 48 g de O2 , se pueden hacer las siguientes consideraciones:
Según la ecuación (4), debe intervenir de O2 en
la reacción, 5 veces el número de moles de C3H8 disponibles. Luego:
Moles de O2 que reaccionan = 5( 0.25) = 1.25
Se nota entonces que hay un exceso de O2. Por
tanto, en este ejemplo el C3H8 es el reactivo límite.
Rendimiento porcentual de una reacción.
Siguiendo el ejemplo anterior, pueden calcularse las moles producidas de cada
producto.
1. Si la reacción es 100% completa. El cálculo
debe tener como referencia el reactivo límitante.
Moles de CO2 producidas:
Moles de H2O producidas:
Los cálculos anteriores son teóricos. sin
embargo, en la realidad una reacción produce menos cantidad de productos que lo
teóricamente esperado. Es necesario entonces hablar de un porcentaje de
rendimiento de la reacción, que obviamente será menor al 100%, si en nuestro
ejemplo se produjeran realmente 0.60 moles de CO2, entonces el rendimiento
porcentual sería:
Método de variación continua. (Método de Job).
Este método se ideó para determinar experimentalmente la relación
estequiométrica exacta en la que se combinan los reactivos de una reacción. La
base del método consiste en realizar reacciones sucesivas con ambos reactivos,
empleando cantidades diferentes de cada uno de ellos, manteniendo constante el
volumen total. Puede entonces medirse una propiedad del sistema que esté
relacionada con la masa que interviene de reactivo en cada caso, por ejemplo,
el peso del precipitado formado. Si la reacción se efectúa en una serie de
tubos del mismo diámetro, puede medirse la altura del precipitado formado.
Si la reacción no produce precipitado, puede
medirse otra propiedad, por ejemplo, el calor liberado, etc.
Actividad – pantallazos
Webgrafias
lunes, 24 de abril de 2017
sábado, 4 de marzo de 2017
ELEMENTOS DE LABORATORIO
Introducción:
A través de la historia la ciencia ha sido un medio utilizado con el objetivo de probar ciertos
métodos y llegar a la conclusión de muchas teorías e incluso algunos
descubrimientos que nosotros como seres
humanos a diario vemos y vivimos, pero para ello es necesario utilizar o
valernos de utensilios o materiales de medidas los cuales nos sirven para tomar
pocas, medianas o muchas muestras y así tener el resultado final.
En la Institución Educativa Exalumnas De La Presentación
(Ibagué-Tolima)2017 del grado 10-3 elaboramos un laboratorio sobre los
elementos necesarios o utilizados en cualquier procedimiento, tanto en laboratorios químicos como físicos.
Procedimiento:
1. Ingresamos a la pagina www.labovirtual.blogspot.com
2.Nos muestran materiales utilizados en laboratorios como lo
son:
clasificación:
- Probeta: instrumento volumétrico que consiste en un cilindro graduado de vidrio pyrex que permite contener líquidos y sirve para medir volúmenes de forma aproximada.
- Pipeta graduada: es un instrumento volumétrico de laboratorio que permite medir la alícuota de líquido con bastante precisión. Estan formadas por un tubo transparente que termina en una de sus puntas de forma cónica. Disponibles con graduación en distintas capacidades.
- Pipeta aforada: consiste en un tubo de vidrio que presenta un abultamiento en su parte central y un estrechamiento en su extremo inferior. Si tiene una marca o aforo, por encima del ensanchamiento, nos indica el nivel que debe alcanzar el líquido para que al vaciarla, vierta el volumen que indica su capacidad.
- Bureta: Tubo largo de vidrio graduado en décimas de centímetro cúbico, que está abierto por un extremo y por el otro termina en una caperuza con llave; se utiliza en el laboratorio para determinar volúmenes.
- Matraz aforado: es parte del llamado material de vidrio de laboratorio y consiste en un tipo de matraz que se usa como material volumétrico. Se emplea para medir un volumen exacto de líquido con base a la capacidad del propio matraz, que aparece indicada.
- Matraz erlenmeyer: Se utiliza para el armado de aparatos de destilación o para hacer reaccionar sustancias que necesitan un largo calentamiento.También sirve para contener líquidos que deben ser conservados durante mucho tiempo.
- Matraz de fondo redondo:Allí se lleva a cabo la preparación de la solución, y requiere de un tapón que se utiliza en el proceso en el que se prepara a solución, para agitarlo. Este tipo de matraz se utiliza para realizar reacciones inclusive en caliente. Su fondo esférico favorece la concentración de los reactivos, no se puede apoyar en una superficie plana, por lo que se utiliza un soporte.
.
- Matraz de destilación: se utiliza para separar mezclas de dos líquidos con diferentes puntos de ebullición. La destilación se produce cuando se calienta el matraz y los componentes de la mezcla cambian de líquido a gas, los líquidos de punto de ebullición más bajos cambian primero y líquidos con los puntos de ebullición más altos cambian al último.
- Matraz kitasato: sirve para realizar experimentos al agua, como: destilación, recolección de gases en cuba hidroneumática, pero su uso más difundido son las filtraciones al vacío de sustancias pastosas y sólidas de tamaño muy pequeño.
- Vaso de precipitados: es un recipiente cilíndrico de vidrio borosilicado fino que se utiliza muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos.
- Varilla de agitacion: es un fino cilindro de vidrio macizo, que se utiliza principalmente para mezclar o disolver sustancias con el fin de homogeneizar. Generalmente su diámetro es de 6 mm y longitud es de 40 cm.
- Tubo de ensayo: es un tubo de cristal, cerrado por uno de sus extremos, que se utiliza para hacer análisis químicos. Este tipo de matraz se utiliza para realizar reacciones inclusive en caliente. Su fondo esférico favorece la concentración de los reactivos, no se puede apoyar en una superficie plana, por lo que se utiliza un soporte.
- Cristalizado: Recipiente de vidrio donde se vierte una disolución para que cristalice.
- Cuentagotas: Instrumento para verter un líquido gota a gota que consiste en un pequeño tubo de cristal o plástico con una pieza de goma en uno de sus extremos y acabado por el otro de forma capilar.
- Frasco lavador: Son frascos cerrados con un tapón atravesado por dos tubos. Por uno de ellos se sopla, saliendo el agua por el otro. Se utilizan para enjuagar el material de laboratorio, ya sea para disolver o para lavar.
- Pipeta pasteur: es similar a un utensilio de gotero, generalmente formada por un tubo de vidrio con borde cónico. Sirve para hacer la transferencia de pequeñas cantidades de líquidos. A diferencia de otras pipetas, esta no proporciona un volumen dado. Tiene sólo abertura inferior para la entrada de líquido. En su borde superior, tiene un "globo" que, cuando se pulsa expulsa el aire.
- Mortero: Utensilio de laboratorio que sirve para moler o machacar semillas, sustancias químicas, etc.; consiste en un recipiente de piedra, cerámica, madera u otro material con forma de vaso ancho de cavidad semiesférica y un pequeño mazo (mano de mortero) con el que se machaca.
- Balanza: Instrumento para pesar mediante la comparación del objeto que se quiere pesar con otro de peso conocido. La balanza es un instrumento de laboratorio que mide la masa de un cuerpo o sustancia química, utilizando como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el cuerpo.
- Granatario: es un tipo de balanza muy sensible, esto quiere decir que pesa cantidades muy pequeñas y también es utilizada para determinar o pesar la masa de objetos y gases.
- Cucharita-espátula:Una espátula es una herramienta que consiste en una lámina plana de metal con agarradera o mango similar a un cuchillo con punta roma. Según su uso, se diferencian diferentes tipos de espátula. Sirve para trasegar sólidos y tomar muestras de sólidos.
- Vidrio de reloj: es una lámina de vidrio en forma circular cóncava-convexa. Se utiliza en química para evaporar líquidos, pesar productos sólidos o como cubierta de vasos de precipitados, y contener sustancias parcialmente corrosivas.
- Placa petri: es un recipiente redondo, de cristal o plástico, con una cubierta de la misma forma que la placa, pero algo más grande de diámetro, para que se pueda colocar encima y cerrar el recipiente.
- Pesasustancias: este instrumento sirve para pesar elementos o sustancias quimicas.
- Espátula: Instrumento para diversos usos que consiste en una paleta pequeña formada por una lámina de metal de forma triangular con los bordes afilados y un mango largo.
- Mechero de bunsen: es un instrumento utilizado en los laboratorios científicos para calentar o esterilizar muestras o reactivos químicos.
- Mechero de alcohol: Es una fuente de calor, de baja intensidad, que funciona con alcohol etílico. Como un accesorio de seguridad se utiliza una pieza que en caso de accidente, cubre la entrada de oxígeno, de manera que el fuego se sofoca. Se utiliza en laboratorio para hacer combustión.
- Pinzas de crisol: es una herramienta de acero inoxidable y su función es sostener y manipular capsulas de evaporación, crisoles y otros objetos. Se utiliza principalmente como medida de seguridad cuando estos son calentados o poseen algún grado de peligrosidad al manipularlos directamente.
- Crisol: El Crisol de Porcelana es un material de laboratorio utilizado principalmente para calentar, fundir, quemar, y calcinar sustancias. La Porcelana le permite resistir altas temperaturas.
- Rejilla de amianto: Es una rejilla metálica con una capa de amianto que es un material que soporta grandes temperaturas. La rejilla de amianto se coloca entre el fuego y el recipiente a calentar para que no entren en contacto directo e impida que se rompan debido a diferencias bruscas de temperatura.
- Pinza para tubo de ensayo: Las Pinzas de Tubo de Ensayo se utilizan para manejar y poner a fuego los tubos de ensayo como módulo de seguridad.
- Capsula de porcelana: La Cápsula de Porcelana es un pequeño contenedor semi esférico con un pico en su costado. Este es utilizado para evaporar el exceso de solvente en una muestra.
- Refrigerante recto: es un aparato de laboratorio, construido en vidrio, que se usa para condensar los vapores que se desprenden del matraz de destilacion, por medio de un liquido refrigerante que circula por éste, usualmente agua.
- Refrigerante de bolas: Los refrigerantes de bola se fabrican de vidrio y su función es presentar mayor superficie de contacto entre el vapor de su interior caliente y el agua exterior que enfría. De este modo se asegura que todo el vapor se condense en líquido.
- Tripode: Este es utilizado principalmente como una herramienta que sostiene la rejilla de asbesto.
- Pie: es una pieza del equipamiento de laboratorio donde se sujetan las pinzas de laboratorio, mediante doble nueces. Sirve para sujetar tubos de ensayo, buretas, embudos de filtración, etc.
- Gradilla para tubos de ensayo:Es el soporte adecuado para mantener los tubos de ensayo en posición vertical. Los hay de varios tamaños, tanto en cuanto al número de tubos de ensayo que puede contener como al diámetro de los orificios para los distintos tubos de ensayo.
- Nuez doble: sirve para sujetar otros materiales, como pueden ser aros, agarraderas, pinzas, etc
- Pinzas para bureta: Herramienta de metal que se une al soporte universal para sujetar verticalmente una sola bureta
- Triangulo para crisol: es un instrumento de laboratorio utilizado en procesos de calentamiento de sustancias. Se utiliza para sostener crisoles cuando estos deben ser calentados.
- Embudo: es un instrumento empleado para canalizar líquidos y materiales gaseosos granulares en recipientes con bocas angostas. Es decir, es utilizado para evitar el derrame del líquido al moverlo de un envase a otro
- Embudo Buchner: es una pieza del material de laboratorio quimica utilizado para realizar filtraciones
- Embudos de seguridad: permiten un vertido de líquidos peligrosos sin ningún peligro. Sin derrames. Están fabricados en teflón de alta calidad, resistente a ácidos y disolventes.
- Embudo de decantacion: es un elemento de vidrio que se puede encontrar en los laboratorios, y que se emplea para separar dos líquidos inmicibles, es decir, para la separación de fases liquidas de distinta densidad
- Tubo en U: Es un tubo cilíndrico en forma de "U" de unos 2 cm de diámetro que se utiliza fundamentalmente para verificar reacciones de Oxidación‑Reducción (REDOX) donde cada una de las semirreacciones tiene lugar en cada una de las ramas.
Prueba diagnóstica
Conclusiones:
- Con esta actividad podemos diferenciar e identificar los diferentes materiales del laboratorio, para seleccionar de manera adecuada los distintos instrumentos para una determinada experiencia.
- Pude observar la importancia que tiene conocer los equipos y materiales de laboratorio, su uso y manejo
- La mejor forma de aprender es haciendo y colocando en práctica los conocimientos teóricos, de manera que podamos tener un mayor conocimiento sobre el tema y más seguridad al realizar cualquier procedimiento.
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