ANALISIS SINTESIS

1. OBJETIVOS

Demostrar los procesos de análisis y síntesis Análisis cualitativo del agua natural Análisis del cloruro de amonio Aplicación de los errores de operación

2. FUNDAMENTO TEORICO

2.1 Agua

El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El término agua generalmente se refiere a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa denominada vapor. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre.2 Se localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares poseen el 1,74%, los depósitos subterráneos (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos.3 El agua es un elemento común del sistema solar, hecho confirmado en descubrimientos recientes. Puede ser encontrada, principalmente, en forma de hielo; de hecho, es el material base de los cometas y el vapor que compone sus colas.

Propiedades físicas y químicas

El agua es una sustancia que químicamente se formula como H2O; es decir, que una molécula de agua se compone de dos átomos de hidrógeno enlazados covalentemente a un átomo de oxígeno.

Las propiedades fisicoquímicas más notables del agua son:

El agua es líquida en condiciones normales de presión y temperatura. El color del agua varía según su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas cantidades, aunque en el espectrógrafo se prueba que tiene un ligero tono azul verdoso. El hielo también tiende al azul y en estado gaseoso (vapor de agua) es incolora.

El agua bloquea sólo ligeramente la radiación solar UV fuerte, permitiendo que las plantas acuáticas absorban su energía.

Ya que el oxígeno tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, el agua es una molécula polar. El oxígeno tiene una ligera carga negativa, mientras que los átomos de hidrógenos tienen una carga ligeramente positiva del que resulta un fuerte momento dipolar eléctrico. La interacción entre los diferentes dipolos eléctricos de una molécula causa una atracción en red que explica el elevado índice de tensión superficial del agua.

La fuerza de interacción de la tensión superficial del agua es la fuerza de van der Waals entre moléculas de agua. La aparente elasticidad causada por la tensión superficial explica la formación de ondas capilares. A presión constante, el índice de tensión superficial del agua disminuye al aumentar su temperatura.12 También tiene un alto valor adhesivo gracias a su naturaleza polar.

La capilaridad se refiere a la tendencia del agua de moverse por un tubo estrecho en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad es aprovechada por todas las plantas vasculares, como los árboles.

Otra fuerza muy importante que refuerza la unión entre moléculas de agua es el enlace por puente de hidrógeno.13

El punto de ebullición del agua (y de cualquier otro líquido) está directamente relacionado con la presión atmosférica. Por ejemplo, en la cima del Everest, el agua hierve a unos 68º C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta 100º. Del mismo modo, el agua cercana a fuentes geotérmicas puede alcanzar temperaturas de cientos de grados centígrados y seguir siendo líquida.14 Su temperatura crítica es de 373,85 °C (647,14 K), su valor específico de fusión es de 0,334 kJ/g y su índice específico de vaporización es de 2,23kJ/g.

Ciclo del agua

Con ciclo del agua —conocido científicamente como el ciclo hidrológico— se denomina al continuo intercambio de agua dentro de la hidrosfera, entre la atmósfera, el agua superficial y subterránea y los organismos vivos. El agua cambia constantemente su posición de una a otra parte del ciclo de agua, implicando básicamente los siguientes procesos físicos:

evaporación de los océanos y otras masas de agua y transpiración de los seres vivos (animales y plantas) hacia la atmósfera,

precipitación, originada por la condensación de vapor de agua, y que puede adaptar múltiples formas,

escorrentía, o movimiento de las aguas superficiales hacia los océanos.

2.2 procesos electrolíticos

La electrólisis1 es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el cátodo (una reducción) y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo (una oxidación).

Electrolisis del agua

Si el agua no es destilada, la electrólisis no sólo separa el oxígeno y el hidrógeno, sino los demás componentes que estén presentes como sales, metales y algunos otros minerales (lo que hace que el agua conduzca la electricidad no es el puro H2O, sino que son los minerales. Si el agua estuviera destilada y fuera 100% pura, no tendría conductividad.)

Es importante hacer varias consideraciones:

Nunca deben unirse los electrodos, ya que la corriente eléctrica no va a conseguir el proceso y la batería se sobrecalentará y quemará.

Debe utilizarse siempre corriente continua (energía de baterías o de adaptadores de corriente), nunca corriente alterna (energía del enchufe de la red).

La electrólisis debe hacerse de tal manera que los dos gases desprendidos no entren en contacto, de lo contrario producirían una mezcla peligrosamente explosiva (ya que el oxígeno y el hidrógeno resultantes se encuentran en proporción estequiométrica).

Una manera de producir agua otra vez, es mediante la exposición a un catalizador. El más común es el calor; otro es el platino en forma de lana fina o polvo. El segundo caso debe hacerse con mucho cuidado, incorporando cantidades pequeñas de hidrógeno en presencia de oxígeno y el

catalizador, de manera que el hidrógeno se queme suavemente, produciendo una llama tenue. Lo contrario nunca debe hacerse sin debida investigación y ayuda profesional.

Mecanismos de electrolisis (un proceso redox)

Se aplica una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergidos en la disolución. El electrodo conectado al polo positivo se conoce como ánodo, y el conectado al negativo como cátodo.

Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones negativos, o aniones, son atraídos y se desplazan hacia el ánodo (electrodo positivo), mientras que los iones positivos, o cationes, son atraídos y se desplazan hacia el cátodo (electrodo negativo).

La manera más fácil de recordar toda esta terminología es fijándose en la raíz griega de las palabras. Odos significa camino. Electrodo es el camino por el que van los electrones. Catha significa hacia abajo (catacumba, catástrofe). Cátodo es el camino por donde caen los electrones. Anas significa hacia arriba. Ánodo es el camino por el que ascienden los electrones. Ion significa caminante. Anión se dirige al ánodo y catión se dirige al cátodo. La nomenclatura se utiliza también en pilas. Una forma fácil también de recordar la terminología es teniendo en cuenta la primer letra de cada electrodo y asociarla al proceso que en él ocurre; es decir: en el ánodo se produce la oxidación (las dos palabras empiezan con vocales) y en el cátodo la reducción (las dos palabras comienzan con consonantes).

La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica.

En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones, produciéndose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-).

En definitiva lo que ocurre es una reacción de oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica se encarga de aportar la energía necesaria.

2.3. Análisis y síntesis

Síntesis química es el proceso por el cual se producen compuestos químicos a partir de simples o precursores químicos. Su rama más amplia es la síntesis orgánica. También es realizada por los organismos vivientes en su metabolismo.

El objetivo principal de la síntesis química, además de producir nuevas sustancias químicas, es el desarrollo de métodos más económicos y eficientes para sintetizar sustancias naturales ya conocidas, como por ejemplo el ácido acetilsalicílico (presente en las hojas del sauce) o el ácido ascórbico o vitamina C, que se encuentra de forma natural en muchos vegetales.

Concepto de análisis, síntesis, métodos (procedimientos)y técnica.

2.4. Ley de Graham

La Ley de Graham, formulada en 1829 por Thomas Graham, establece que las velocidades de difusión y efusión de los gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus respectivas masa molares.

Siendo las velocidades y las masas molares.

Efusión es el flujo de partículas de gas a través de orificios estrechos o poros.

Se hace uso de este principio en el método de efusión de separación de isótopos.

El fenómeno de efusión está relacionado con la energía cinética de las moléculas. Gracias a su movimiento constante, las partículas de una sustancia, se distribuyen uniformemente en el espacio libre. Si hay una concentración mayor de partículas en un punto habrá más choques entre sí, por lo que hará que se muevan hacia las regiones de menor número: las sustancias se efunden de una región de mayor concentración a una región de menor concentración.

La difusión es el proceso por el cual una sustancia se distribuye uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones, en corto tiempo la presión es igual en ambos tanques. También si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanque cerrado que contiene otro gas B, rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por todo el tanque.

La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión. Para obtener información cuantitativa sobre las velocidades de difusión se han hecho muchas determinaciones. En una técnica el gas se deja pasar por orificios pequeños a un espacio totalmente vacío; la distribución en estas condiciones se llama efusión y la velocidad de las moléculas es igual que en la difusión. Los resultados son expresados por la ley de Graham. "La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad."

En donde v1 y v2 son las velocidades de difusión de los gases que se comparan y d1 y d2 son las densidades. Las densidades se pueden relacionar con la masa y el volumen porque (d=m/v ); cuando M sea igual a la masa (peso) v molecular y v al volumen molecular, podemos establecer la siguiente relación entre las velocidades de difusión de dos gases y su peso molecular:

y como los volúmenes moleculares de los gases en condiciones iguales de temperatura y presión son idénticos, es decir V1 = V2, en la ecuación anterior sus raíces cuadradas se cancelan, quedando:

Es decir: la velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular.

3. PRACTICA DEL EXPERIMENTO

3.1 material o equipos

Tubos de ensayo Vaso de precipitado Una conexión continúa de electricidad Algodón Tubo de vidrio con tapones

3.2 reactivos

Agua des ionizada Sal común Amoniaco Ácido clorhídrico

3.3 procedimiento experimental

a) electrolisis del agua

Armar el equipo de electrolisis, colocando luego agua en la cuba electrolítica vaso,

Llenar dos tubos de ensayo (mejor dos probetas de q0 ml) con agua destilada – des ionizada hasta el ras y taparlos con papel poroso, invertir los tubos, e introducirlos en la cuba y conectarlos a los electrodos.

Hacer la conexión de las terminales de un circuito de corriente continua a los electrodos (8 a 10 voltios). Observar si hay algún cambio en el sistema.

Acidular con una o dos gotas de ácido sulfúrico concentrado en el sistema y observar el fenómeno alternativamente puede usarse una escama de hidróxido de sodio o bien una pisca de sal común.

Continuar con la reacción hasta obtener en uno de los tubos ¾ partes de altura de gas. Para detener la reacción solo desconectar la corriente continúa.

Observar la reacción de los volúmenes de los gases obtenidos, el olor de los cables conectados a cada electrodo con el fin de dar sus conclusiones.

b) sistema de amoniaco

En un tubo abierto en ambos extremos colocar en un lado un algodón empapado en amoniaco; solución concentrada de amoniaco y en el otro, un algodón empapado en ácido clorhídrico concentrado. Tapar los extremos.

Observar detenidamente el tubo para identificar una mancha blanquecina (nube) que indica la formación de cloruro de amoniaco, marcar el tubo con un marcador indeleble el lugar identificado.

Medir con una regla las distancias de cada extremo a la marca y registrar sus datos

NOTA: evitar tocar los algodones con la mano; de hacerlo, inmediatamente lave sus manos concienzudamente con mucha agua.

4. CALCULOS

4.1

4.2 Datos para el proceso de síntesis

Ecuación química que define el proceso;

Longitud del lado del acido clorhídrico Longitud del lado del amoniaco

4.3 resultados

Razón d longitudesRazón de pesos molecularesRaíz cuadrada de razón de pesos moleculares Error absolutoError relativo

5 CONCLUSIONESEn la práctica de hidrolisis del agua se pudo observar que la velocidad de esta es un poco lenta debido a algunas impurezas que existían en el agua pero si se pudo confirmar que si la corriente eléctrica carga positivamente y negativamente al agua formando así gases de oxígeno y nitrógeno en cada tubo de ensayoEn cuanto al sistema del amonio se observó que la velocidad de difusión es muy lenta y que debido a la concentración de los reactivos no se pudo notar claramente los resultados.

6. BIBLIOGRAFIA

Física y Química 4o ESO. Escrito por Dulce María Andrés Cabrerizo ,Dulce María Andrés, Javier Barrio, Juan Luis Antón, Juan Luis Antón Bozal, Javier Barrio Pérez en Google Libros.

Introducción a la química industrial: fundamentos químicos y tecnológicos. Argeo Angiolani. Editorial Andrés Bello, 1960. Pág. 284

Cap. X: El análisis químico cualitativo y cuantitativo. En: Introducción a la química industrial: fundamentos químicos y tecnológicos. Argeo Angiolani. Editorial Andrés Bello, 1960. Pág. 284

Métodos ópticos de análisis. Eugene D. Olsen. Editorial Reverté, 1990. ISBN: 8429143246. Pág. 1

Bioingeniería. Tomo VI. Mauricio Wilches Zúñiga, Luis Fernando Ruiz Monsalve, Mauricio Hernández Valdivieso. Ediciones de la Universidad de Antioquía.