Estudio de los factores que afectan al equilibrio químico

El presente laboratorio tiene como propósito identificar el desplazamiento de la posición del equilibrio en una reacción exotérmica al aumentar la temperatura.

1. PORTADA DEL TRABAJO

Nombre y apellidos del alumno: Oswaldo Francisco Lescano Osorio

Código del alumno: 049365 – 0030

Año y sección: 5° “E”


Curso: Química NM


Título del trabajo: Estudio de los factores que afectan al equilibrio químico


Profesor: Ibramn Silioman Mendocilla Baltazar


Fecha de asignación: 10/04/15


Fecha de entrega: 20/04/15



DECLARACIÓN DEL ALUMNO
El trabajo no se evaluará si la declaración no está firmada por el alumno.

Bajo mi honor y responsabilidad, declaro que este trabajo ha sido realizado
exclusivamente por mí, sin haber recibido ayuda no autorizada.
Cuando las palabras, ideas o gráficos usados no son míos, lo he hecho constar citando
las fuentes (escritas u orales) en detalle, según el modelo del colegio.




Firma del alumno:............................................. Fecha: 20/04/15

2. 1

INFORME DE LABORATORIO: “ ESTUDIO DE LOS FACTORES
QUE AFECTAN AL EQUILIBRIO QUÍMICO ” (D)

PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

¿Cómo influye el aumento de temperatura de en la reacción en equilibrio del
ácido acético (CH3CO2H) con alcohol isopropílico (CH3CH(OH)CH3) en medio
ácido en su desplazamiento (derecha o izquierda)?

IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES

Variable Dependiente Desplazamiento de la reacción
Variable Independiente
Aumento de temperatura en la
reacción de CH3COOH con
CH3CH(OH)CH3
Variables Controladas
Temperatura del ambiente
Concentraciones de las sustancias
Material del recipiente de las
reacciones

FUNDAMENTO TEÓRICO

El equilibrio químico se define como el “estado que se alcanza cuando las
concentraciones de los reactivos y los productos permanecen constantes a lo
largo del tiempo” en una reacción (McMurry y Fay, 2009, p. 497).

Existen una gama de factores, agentes externos o perturbaciones que afectan el
equilibrio químico, provocando un desplazamiento de la reacción en el sentido
que modera la alteración (derecha o izquierda). A esto se le denomina principio
de Le Chatelier.

En este laboratorio, el alumno debe elegir una reacción en equilibrio y diseñar un
procedimiento que permita observar las variaciones en el equilibrio al modificar
alguno de los factores que le afectan.

El factor elegido fue la variación de temperatura (∆T). Cuando ésta aumenta en
una reacción exotérmica (en la que se libera calor y éste es un producto), la
reacción se desplaza hacia la izquierda; caso contario a cuando la reacción es
endotérmica (en la que se absorbe calor y éste es un reactivo), pues, el
desplazamiento es hacia la derecha. Cuando se disminuye la temperatura,
ocurre el caso opuesto en cada uno de los dos tipos de reacciones según su
energía.

Lo explicado en el anterior párrafo se verá mejor explicado en una reacción de
esterificación de Fischer, una reacción exotérmica en la que se forma un éster a
partir de un ácido carboxílico y un alcohol en medio ácido. Se escogieron como
reactivos ácido acético, alcohol isopropílico y ácido sulfúrico. La reacción de
equilibrio es la siguiente:

CH3COOH (ac) + CH3CH(OH)CH3 (ac) ⇌ (CH3)2CHCOOCH 3 (ac) + H2O (l) + calor
H2SO4

3. 2

Al aumentar la temperatura en la reacción, al ser exotérmica, debe desplazarse
hacia la izquierda, es decir, regresar a los reactivos. Es por ello que, ante la
reacción con fenolftaleína (un indicador que cambia de color al ser añadido en
sustancias alcalinas) luego de haber calentado la muestra, ésta debería cambiar
de color por la liberación del grupo funcional hidroxilo (OH
-
) del alcohol
isopropílico en disolución acuosa, lo que vuelve a la sustancia en una base según
la teoría de Arrhenius. Además, cuando se hace reaccionar una sustancia que
tiene un pH oscilante entre 8 y 10 con fenolftaleína, ésta cambiará a una
tonalidad entre rojo claro y posiblemente anaranjado (ver Figura 1). En este
fundamento se basará el presente laboratorio.


Figura 1: Cambios de color de indicadores ácido-base.
Fuente: McMurry, J. y Fay, R. (2009). Cambios de color de indicadores ácido-base. Química
General (5ª ed.). (p. 554). México D.F.: Pearson Educación

HIPÓTESIS

H0: El aumento de temperatura en la reacción del ácido acético (CH3COOH) con
alcohol isopropílico (CH3CH(OH)CH3) en medio ácido influirá en su
desplazamiento, haciendo que ésta se desplace hacia la izquierda (regrese a los
reactantes).

H1: El aumento de temperatura en la reacción del ácido acético (CH3COOH) con
alcohol isopropílico (CH3CH(OH)CH3) en medio ácido no influirá en su
desplazamiento.

MATERIALES

 2 matraces aforados de 50 cm
3
(±0.05 cm
3
)
 Probeta de 10 cm
3
(±0.2 cm
3
)
 Gradilla para tubos de ensayo
 2 tubos de ensayo
 Beaker de 50 cm
3

 Balanza electrónica (±0.01 g)
 Pipeta de 5 cm
3
con bombilla (±0.025 cm
3
)
 Mechero de Bunsen
 Trípode

4. 3

 Rejilla de asbesto
 Luna de reloj
 Pinza de metal
 Gotero
 Ácido acético 0.5 mol.dm
-3
, CH3COOH (ac)
 Alcohol isopropílico 0.5 mol.dm
-3
, CH3CH(OH)CH3 (ac)
 Ácido sulfúrico, H2SO4 (l)
 Fenolftaleína, C20H14O4, (l)

PROCEDIMIENTO

1. Preparar una disolución 0.5 mol.dm
-3
de ácido acético y enrasar a 50 cm
3
.
2. Preparar una disolución 0.5 mol.dm
-3
de alcohol isopropílico y enrasar a
50 cm
3
.
3. En un tubo de ensayo añadir 5 cm
3
de la disolución de acético y luego 5
cm
3
de alcohol isopropílico. Realizar la misma mezcla en un segundo
tubo.
4. Añadir a cada tubo 1 cm
3
de ácido sulfúrico. Esperar que se las mezclas
se vuelvan homogéneas.
5. Al primer tubo añadir una gota de fenolftaleína. Observar lo que ocurre.
6. Verter la mezcla del segundo tubo en un vaso de precipitado. Colocar una
luna de reloj encima del beaker y calentar la mezcla por unos 5 minutos
aproximadamente. (PRECAUCIÓN: en este paso es OBLIGATORIO el
uso de MASCARILLA, GUANTES y LENTES DE SEGURIDAD).
7. Finalizado el calentamiento, retirar la luna de reloj y esperar que se libere
el gas. Seguidamente, añadir una gota de fenolftaleína a la nueva mezcla.
Observar lo que ocurre.

OBTENCIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS

Tabla 1
PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
50 cm
3
de ácido acético (CH3COOH)
0.5 mol.dm
-3

50 cm
3
de alcohol isopropílico
(CH3CH(OH)CH3) 0.5 mol.dm
-3


M=
n
sto
V
(dm
3
)
sol
=
W
(g)
sto
M̅
(g.mol
−1
)
sto
×V
(dm
3
)
sol

0.5 mol.dm
−3
=
W
(g)
sto
60.5 g.mol
−1
×0.050 dm
3


∴W
sto=1.51 g CH
3COOH ±0.01 g

0.5 mol.dm
−3
=
W
(g)
sto
60.1 g.mol
−1
×0.050 dm
3


∴W
sto=1.50 g CH
3CH(OH)CH
3 ±0.01 g
Nota: cálculos para preparar las soluciones de ácido acético y de alcohol isopropílico.

Tabla 2
Tubo
Color inicial (antes de
añadir Fenolftaleína)
Color final (tras
añadir Fenolftaleína)
Desplazamiento de
la reacción
1 Incoloro Incoloro -
2 Incoloro Anaranjado Izquierda
Nota: datos cualitativos de las reacciones de Fischer.

5. 4


CH3COOH (ac) + CH3CH(OH)CH3 (ac) ⇌ (CH3)2CHCOOCH 3 (ac) + H2O (l) + Q
[CH3COOH] [CH3CH(OH)CH3] [Q]
aumenta aumenta aumenta

CONCLUSIÓN

Culminada la experiencia, se puede corroborar la hipótesis H0 ya que, al calentar
la reacción exotérmica, ésta se desplaza hacia la izquierda (hacia los reactivos).
Por consiguiente, al añadir una gota de fenolftaleína a la muestra calentada, se
torna de color anaranjado evidenciando que se formó nuevamente alcohol
(porque la fenolftaleína cambia de color al reaccionar con soluciones básicas) y
el azufre (S), proveniente del ácido sulfúrico (H2SO4), salió como gas (SO2). En
cambio, cuando no se calentó la muestra (el tubo 1), ésta no cambió de color
porque se había formado un compuesto con un pH ácido.




































H2SO4

6. 5

REFERENCIAS

Alva, R. (2003). Esterificación de Fischer: acetato de etilo. Recuperado de
http://docencia.izt.uam.mx/docencia/alva/organica07.html

McMurry, J. y Fay, R. (2009). Química General (5ª ed.). México D.F.: Pearson
Educación

McMurry, J. y Fay, R. (2009). Cambios de color de indicadores ácido-base
[Diagrama]. Química General (5ª ed.). (p. 554). México D.F.:
Pearson Educación

7. 6

ANEXOS: Fotografías de la experiencia


Fotografía 1. Materiales propios de la experiencia. Éstos fueron: Pipeta con propipeta,
pinzas, probeta, matraces aforados, Beaker, tubos de ensayo, gradilla, mechero
Bunsen, trípode y rejilla de asbesto.


Fotografía 2. Reactivos propios de la experiencia. Éstos fueron: ácido acético, ácido
sulfúrico y alcohol isopropílico.


Fotografía 3. Soluciones de ácido acético y alcohol isopropílico. Se enrasaron
soluciones ácidas y alcohólicas de concentración 0.500 mol.dm
-3
en matraces aforados
de 50 cm
3
.

8. 7


Fotografía 4. Tubo 1 (Grupo Control). Se llevó a cabo la reacción de esterificación en
medio ácido entre el ácido acético y el alcohol isopropílico sin calentamiento en el
mechero Bunsen.


Fotografía 5. Resultados del Tubo 1 (Grupo Control). Se hizo reaccionar a la solución
control con fenolftaleína. No se evidenció un cambio de color (pH ácido).


Fotografía 6. Resultados del Tubo 2 (Grupo Experimental). Se hizo calentar la
segunda muestra (reacción de esterificación calentada) y, luego, reaccionar con
fenolftaleína. Se evidenció un cambio de color (pH básico).