Práctica de Laboratorio: Reacciones Químicas y Soluciones, Apuntes de Química

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Manual del Laboratorio de Reacciones Químicas (2019)

Introducción El Manual de Reacciones Químicas en esta segunda edición, incorpora cambios en cada una de las prácticas, motiva a los estudiantes al uso de sustancias comerciales y busca en cada experimentación cumplir con los Principios de la Química Verde. Así mismo, implementa en cada práctica la recuperación y/o reciclado de residuos. El contendido incluye nueve prácticas cuyos temas se enmarcan en el programa de estudios la UEA de Laboratorio de Reacciones Químicas. Las nueve prácticas son: 1. Materia. Disoluciones y separación de mezclas;; 2. Elementos químicos y propiedades periódicas;; 3. Enlaces químicos. Comportamiento de compuestos con diferentes tipos de enlace frente al agua y a medios ácidos;; 4. Enlace químico. Análisis del comportamiento físico de sustancias con diferentes tipos de enlace;; 5. Mezclas, disoluciones y coloides;; 6. Reacciones de neutralización ácido base;; 7. Reacciones de óxido reducción: celdas electroquímicas, fuentes de poder y electrolíticas;; 8. Estequiometría: reacciones redox y 9. Estequiometría: reacciones de precipitación. Se recomienda a los estudiantes revisar, previamente a la experimentación, las medidas de higiene y seguridad contenidas en cada práctica.

I.Q. Carlos Pereyra Ramos Mtra. Alejandra Santana Cruz I. Q. María de la Luz Soto Téllez Profesores ayudantes : Paulina Abrica González Carlos García Ruíz Areydi Jazmín Ruiz Ángeles Ezequiel Villagarcía Chávez Fernando Zavala Flores Rodrigo Domínguez Flores Edgar Josafat Hernández Moreno Diseño de imágenes: Juan Manuel Galindo Medina Diseño de portada: María Elena Hernández Sánchez Fotografías: Alejandra Loera Serna (y señalética) Ana Fonseca Edición : Dra. Sandra Loera Serna (sls@correo.azc.uam.mx) I.Q. Carlos Pereyra Ramos (cpr@correo.azc.uam.mx) Mtra. Julisa García Albortante (julygaal@yahoo.com.mx) Mtra. Alejandra Santana Cruz (sca@correo.azc.uam.mx) Dra. Alicia Cid Reborido (acr@correo.azc.uam.mx) Cualquier duda o aclaración acerca de este manual, favor de contactar a los profesores encargados de la edición del mismo.

Objetivo Al final del curso el alumno será capaz de: Realizar experimentos que le permitirán comprobar los conocimientos y comportamientos físico y químico de sustancias, a partir de la observación, el análisis y la interpretación de resultados. Habilidades a desarrollar: Manipular los materiales, reactivos y equipos de laboratorio, observando la reglamentación de seguridad y de preservación del ambiente. Emplear las técnicas de identificación y medición de propiedades y comportamientos de sustancias. Desarrollar la habilidad de analizar y correlacionar los comportamientos físicos y químicos de sustancias con variables observables. Trabajo en equipo. Elaborar reportes que incluyan: análisis, discusión de resultados y conclusiones. Modalidades de conducción del proceso de enseñanza aprendizaje Inducción al trabajo experimental por parte del profesor. Participación activa de los alumnos a partir de la investigación temática previa al desarrollo experimental, durante la realización de las prácticas, análisis e interpretación de los resultados. Modalidades de evaluación El profesor considerará los siguientes aspectos en la evaluación (global): Bitácora. Reportes. Evaluaciones de las prácticas. Participación en el desarrollo de las prácticas. Trabajo en equipo. Esta UEA no admite evaluación de recuperación. En caso de emergencia Localización del Servicio Médico: Edificio E planta baja (E 010). Teléfonos: 5383 6295 Extensión tel. (uso interno de la UAM): 9280 Localización de Protección Civil: Edificio C primer piso, personal Extensión tel. (uso interno de la UAM): 2004 *912 desde cualquier teléfono fijo dentro de la unidad

11. Solamente se realizarán prácticas de reposición en caso de que todo el grupo no haya realizado alguna práctica durante el trimestre, independientemente de la causa. No se realizarán prácticas de reposición por alumno.
12. No se admiten alumnos no inscritos en la UEA.
13. No se deben bloquear las rutas de escape o pasillos con bancos, equipos, mochilas u otros elementos que entorpezcan la correcta circulación.
14. Al final de cada sesión, cada equipo de alumnos tiene la obligación de dejar limpia su mesa, apagados y limpios los instrumentos de laboratorio utilizados, asegurarse de que los equipos eléctricos (como las parrillas eléctricas) han sido desconectados y todas las llaves de agua y gas han sido cerradas, que los bancos estén sobre la mesa y que las tarjas estén despejadas de basura y que no tengan residuos químicos que puedan ocasionar un accidente o perjuicio a las mismas.

Reglas de seguridad básicas y señales que se deben seguir dentro de un laboratorio de Química

1. No consumir alimentos, de ningún tipo, en el interior de un laboratorio químico.
2. No fumar y no jugar dentro del laboratorio o realizar cualquier actividad que cause riesgos.
3. Utilizar el equipo básico de protección: batas (de algodón, mangas largas y siempre abrochada o abotonada), guantes y lentes de seguridad.
4. Evitar el uso del cabello largo suelto o no recogido.

9. Revisar que las llaves del agua y gas estén cerradas cuando no estén en uso y al finalizar cada práctica.
10. No utilizar reactivos que carezcan de etiqueta.
11. Jamás probar o llevarse a la boca, ni aspirar en forma directa o tocar reactivos, vapores, líquidos, sólidos o cualquier otro tipo de sustancias existentes o que se generen en el laboratorio.
12. Cerrar el envase inmediatamente después de tomar la cantidad de reactivo requerida para evitar que se contamine. Para tomar el reactivo, se debe de emplear una pipeta, gotero, espátula, cucharilla o cualquier otro accesorio limpio y seco.
13. Nunca calentar sistemas cerrados ni exponerlos a fuentes de energía que propicien riesgo.

13. Evitar el contacto de las sustancias químicas con piel, ojos y mucosas. En caso de contacto, lavar inmediatamente con una cantidad abundante de agua fría.
14. En caso de que la ropa se impregne de alguna sustancia química, quitarse esa indumentaria y lavarla.
15. En caso de accidente o de sentirse mal dentro de un laboratorio, salir del mismo, buscar asesoramiento inmediato del responsable del laboratorio y en seguida recurrir al servicio médico.

c) Señales de salvamento (color verde):

Dirección que debe seguirse

Primeros auxilios Camilla

Ducha de

seguridad

Lavado de ojos

d) Señales de advertencia (color amarillo):

Materiales inflamables Materiales explosivos Materiales tóxicos Materiales corrosivos Materiales radiactivos Cargas suspendidas

Vehículos de manutención Riesgo eléctrico Peligro en general Radiaciones láser Materiales combustibles Radiaciones no ionizantes Campo magnético intenso Riesgo de tropezar Caída a distinto nivel Riesgo biológico Baja temperatura Materias nocivas o irritantes

Manipulación de los reactivos químicos Para manipular los productos químicos correctamente, es necesario disponer de información adecuada acerca de los mismos, tal como la identificación del producto, su composición, identificación de la industria responsable de la comercialización, propiedades físicas, químicas y biológicas de la sustancia, identificación de peligros potenciales, efectos sobre la salud y medidas preventivas. Esta información se encuentra en la etiqueta del envase en que viene contenida la sustancia, por eso se recomienda leer las etiquetas antes de utilizar las sustancias. Contenido de una etiqueta: a. Identificación del producto b. Composición del producto o especificaciones del lote c. Propiedades del producto

1. Clave numérica de riesgo o símbolo de advertencia. 0 = Ninguno 1 = Leve 2 = Moderado 3 = Severo 4 = Extremo
2. Equipo de protección para laboratorio
3. Código de colores para almacenaje o tipo de sustancia: Naranja = Almacenamiento general Blanco = Almacenamiento en un área a prueba de corrosión Azul = Almacenamiento en un área con suficiente ventilación Rojo = Almacenamiento para materiales inflamables Amarillo = Almacenamiento de materiales combustibles y/o inflamables
4. Control para derrames
5. Sistema SIRE (Riesgos a la S alud, I nflamabilidad, R eactividad y E speciales)
6. Información de riesgos

Principios de la química verde Los doce principios de la química verde han sido desarrollados por Anastas y Warner^1 y ayudan a valorar “cuán verde” puede ser un producto químico, una reacción o un proceso.

1. Es preferible evitar la producción de un residuo que tratar de limpiarlo una vez que se haya formado.
2. Los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso.
3. Siempre que sea posible, los métodos de síntesis deberán diseñarse para utilizar y generar sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para el medio ambiente.
4. Los productos químicos deberán ser diseñados de manera que mantengan su eficacia a la vez que reduzcan su toxicidad.
5. Se evitará, en lo posible, el uso de sustancias auxiliares (disolventes, reactivos de separación, etc.). En caso de que se utilicen deberán ser lo más inocuo posible.
6. Los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes.
7. La materia prima ha de ser preferiblemente renovable en vez de agotable, siempre que sea técnica y económicamente viable.
8. Se evitará en lo posible la formación de derivados (grupos de bloqueo, de protección/desprotección, modificación temporal de procesos físicos/químicos).
9. Se emplearán catalizadores (lo más selectivos posible) en vez de reactivos estequiométricos.
10. Los productos químicos se diseñarán de tal manera que al finalizar su función no persistan en el medio ambiente, sino que se transformen en productos de degradación inocuos.
11. Las metodologías analíticas serán desarrolladas posteriormente para permitir un monitoreo y control en tiempo real del proceso, previo a la formación de sustancias peligrosas.
12. Se elegirán las sustancias empleadas en los procesos químicos de forma que se minimice el potencial de accidentes químicos, incluidas las emanaciones, explosiones e incendio. (^1) Paul T. Anastas and John C. Warner. Green Chemistry : Theory and Practice , Oxford University Press, 1998, p.135. Práctica 1

Los átomos se unen entre sí mediante enlaces, formando moléculas o compuestos, las mezclas se forman al reunir dos o más compuestos, sin que entre ellos exista interacción química (pues si sucediera se tendría una reacción). Una de las características de las mezclas, es que cada uno de los componentes conserva su identidad como compuesto, es decir conserva tanto sus propiedades físicas, como químicas. Por ejemplo, en una mezcla formada por sal de mesa, ácido cítrico y chile molido, los cristales de sal serán salados, los cristales de ácido cítrico serán ácidos y los gránulos de chile molido seguirán siendo picantes, al mismo tiempo que conservan cada uno su punto de fusión, densidad, etc. Las mezclas se pueden clasificar en función del tamaño de sus partículas en [2]: Mezclas homogéneas (^) tamaños de partícula menores a 2 nanómetros Coloides tamaños de partícula entre 2 y 500 nanómetros Mezclas heterogéneas (^) tamaños de partícula mayores a 500 nanómetros Como referencia comparativa de tamaño, un átomo de cesio (uno de los átomos más grandes) tiene un radio de 0.26 nanómetros (1nm = 1x10 9 m). Las mezclas homogéneas o disoluciones se presentan en una sola fase con una composición y estructura uniforme, sus componentes, no se distinguen a simple vista, permiten el libre paso de la luz a través de ellas, existe mucha afinidad entre los componentes de menor proporción (solutos) y el medio de mayor proporción (disolvente). Los refrescos, un champú transparente, el aire limpio o los lavatrastos transparentes, son ejemplos de mezclas homogéneas. Una disolución está constituida por uno o más solutos y un disolvente (o solvente). El soluto es el componente que se encuentra en menor cantidad, mientras que el disolvente se encuentra en mayor cantidad, cuando un disolvente no puede disolver más soluto, la disolución está saturada. Las mezclas heterogéneas generalmente se presentan en más de una fase , rara vez presentan una composición y estructura uniforme y sus componentes se reconocen a simple vista, generalmente no permiten el paso de la luz a través de ellas, ejemplo de éstas es la mezcla conocida como granola típicamente compuesta por: nueces, avena, pasas, coco y miel. Los métodos de separación de mezclas más comunes son los siguientes [1 5]:

Adsorción : Es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de un sólido debido a una fuerte atracción electrostática, en una superficie de un sólido. Centrifugación : Es un método por el cual se separan sólidos de líquidos de diferente densidad utilizando una fuerza centrífuga de magnitud superior a la fuerza de gravedad que provoca la sedimentación de los sólidos de mayor densidad. Cristalización : Es un método basado en la diferencia de puntos de fusión de los distintos solutos, de tal forma que a una temperatura dada sólo puede cristalizar alguno de ellos, permaneciendo los otros en la disolución. Cromatografía : Es un método basado en el principio de retención selectiva debido a la diferencia de polaridades de los componentes de una mezcla, lo que permite su separación. En la cromatografía hay una fase móvil (eluyente) que arrastra a la mezcla a través de una fase estacionaria sólida. Los componentes de la mezcla interactúan atravesando la fase estacionaria a distintas velocidades y se van separando. Decantación : Es un método basado en la acción de la gravedad sobre los solutos de diferente densidad. Se emplea en la separación de mezclas heterogéneas. Destilación : Es el método de separación que se fundamenta en los diferentes puntos de ebullición de cada uno de los componentes de una mezcla, mediante la combinación de dos operaciones unitarias: evaporación y condensación. Filtración : Se basa en la separación de sólidos suspendidos en un líquido, mediante el uso de un medio poroso que retiene los sólidos y permite el paso del líquido. Separación magnética o imantación : Es un método que se basa en la propiedad magnética de un material para separar mezclas formadas por un componente magnético y otros que no lo son. Lixiviación o extracción sólido líquido : Es un método de separación en el que un disolvente líquido se pone en contacto con una mezcla pulverizada para que se produzca la disolución de uno de los componentes del sólido.