MANUAL DE PRÁCTICAS DE (Cinética Química y Biológica) PROGRAMA EDUCATIVO: (Ingeniería Bioquímica) Elaborado por Dr. Luis Alfonso Can Herrera

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1 1 de 12 DE (Cinética Química y Biológica) PROGRAMA EDUCATIVO: (Ingeniería Bioquímica) Elaborado por Dr. Luis Alfonso Can Herrera Calkiní, Campeche, Agosto 2017

2 2 de 12 ÍNDICE CONCEPTO PÁGINAS PRESENTACIÓN....3 OBJETIVO GENERAL... 3 SEGURIDAD....4 PRÁCTICA No. 1 Determinación de la constante de equilibrio.. 6

3 3 de 12 PRESENTACIÓN En este manual se pretende abordar y complementar las competencias requeridas en el estudiante de Ingeniería bioquímica aportando a su perfil, la idea de la investigación y exploración en el laboratorio, mismo que empleará en su profesión, con esta herramienta el estudiante podrá aportar a la sociedad ideas innovadoras desde una perspectiva científica. El eje de la investigación científica es apoyada por la exploración y la inquietud del estudiante por conocer y describir los fenómenos que acontecen a su alrededor, proporcionando bases para diseñar y desarrollar proyectos, tanto en la rama de la química general, como en la química específica, como puede ser la cinética química y biológica y la catálisis química y enzimática. OBJETIVO GENERAL El objetivo central del presente manual es brindar un soporte sólido al estudiante desde el punto de vista experimental con una clara concepción de la importancia de las actividades de laboratorio, mismas que le servirán para el planteamiento y la solución de problemas de manera profesional SEGURIDAD Dada la importancia que representa el empleo y uso de los laboratorios, en cuestiones de seguridad e higienes es imprescindible tomar en cuenta medidas de seguridad que garanticen una adecuado uso de éstos de manera responsable y apegada a las normas establecidas para que las prácticas cumplan con su objetivo, eliminando cualquier riesgo de

4 4 de 12 accidente. Por lo tanto se enumeran las siguientes reglas propuestas para el laboratorio de química. 1. Portar la bata durante la práctica y la estancia en el laboratorio 2. No colocar sobre las mesas de trabajo; útiles, ni artículos personales ajenos a la práctica. 3. NO FUMAR 4. No ingerir alimentos ni bebidas dentro del laboratorio. Tampoco utilizar dentro del laboratorio recipientes para comer o beber. 5. Utilizar el equipo de protección personal que se indicará en cada práctica. 6. Mantener el área de trabajo limpia. 7. Investigar la peligrosidad de cada uno de los reactivos a utilizar en cada práctica para minimizar los riesgos (Hojas de seguridad). 8. En caso de accidente avisar de inmediato al profesor, por muy leve que sea. 9. Realiza el experimento según el procedimiento señalado. No hagas modificaciones a las prácticas sin previas consulta al profesor.

5 5 de Leer las etiquetas antes de utilizar los reactivos; nunca regreses el reactivo al frasco. Si tomaste una cantidad mayor de reactivo, deja el exceso para otro compañero (a) y/o envásalo y etiquétalo. 11. Nunca olfatees ni toques con las manos una sustancia. 12. Nunca verter agua sobre ácidos concentrados. Siempre agrega lentamente el acido sobre el agua mientras se mezcla 13. Si se desprenden gases durante el experimento, realízalo bajo le campana de extracción. 14. Los reactivos que ya no sirven, viértelos en los recipientes que indique el profesor. 15. No tirar sustancias sólidas en las tarjas. 16. Cuando termines un experimento, lava todo el material, sécalo perfectamente y guárdalo.

6 6 de 12 PRÁCTICA No. 1. DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO -INTRODUCCIÓN Una reacción química del tipo 2A + B 3C + D, estará en equilibrio si la velocidad de la reacción hacia delante (A y B reaccionando para formar C y D) es igual a la velocidad de la reacción inversa (C y D reaccionando para formar A y B). A una temperatura dada, para un equilibrio, la reacción del producto de la concentración de los productos a la concentración de los reactivos es constante. Esta relación es llamada constante de equilibrio. Para encontrar el valor de la constante de equilibrio debemos conocer en qué concentraciones se encuentran los reactivos y los productos. Algunas veces pueden ser medidas directamente (mediante una titulación). Otras veces debemos medirlas en forma indirecta o calcularlas. En este experimento investigaremos el equilibrio entre el acetato de etilo y el alcohol y el ácido de los cuales está formado. La reacción (catalizada por ácido) es: La constante de equilibrio para esta reacción es: Como los cuatro compuestos están en la misma solución, los volúmenes en el numerador cancelan los volúmenes en el denominador, y K se expresa:

7 7 de 12 En este experimento determinaremos cuántos moles de cada uno de los cuatro compuestos están presentes en una mezcla de agua, acetato de etilo, alcohol y ácido, y así calcular la constante de equilibrio. -OBJETIVO El alumno calculará la constante de equilibrio para una reacción química. -LUGAR Esta práctica se llevará a cabo en el laboratorio de química -SEMANA DE EJECUCIÓN Se tiene programado ejecutarse la segunda semana de clase. - MATERIAL Y EQUIPO (REVISARLO) Parrilla de agitación Matraces erlenmeyer de 10 ml Pipetas graduadas de 2 ml Micro bureta de 2 ml Micro agitadores REACTIVOS: Ácido clorhídrico (HCl) 3 M

8 8 de 12 Acetato de etilo CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 Hidróxido de sodio (NaOH) 1 M Solución de fenolftaleína. -DESARROLLO DE LA PRÁCTICA NOTA.- Realice las titulaciones por triplicado. 1. Etiquete dos matraces erlenmeyer como A y B. Añada 1mL de ácido clorhídrico (HCl) 3 M y 1 ml de agua destilada al matraz A. 2. Añada 1 ml de HCl 3 M, 0.4 ml de acetato de etilo y 0.6 ml de agua destilada al matraz B. Tape el matraz con una película de parafilm. Agite la mezcla. 3. Añada el matraz A, 2 gotas de fenolftaleína y un micro agitador. 4. Enjuague una bureta con tres porciones de 0.3 ml de NaOH 1 M, elimine los enjuagues en un contenedor de desechos. Llene la micro bureta con NaOH 1 M hasta la marca de cero. 5. Titule el matraz A con el NaOH hasta que un leve color rosa permanezca por lo menos por 30 segundos. Anote el volumen de NaOH gastado en la titulación. V1= V2= V3= V promedio = 6. Titule el matraz B con el NaOH 1M. En este caso requerirá más hidróxido que para el matraz A, ya que una parte del acetato de etilo se descompone para formar ácido acético adicional. Registre el volumen de NaOH empleado. V1= V2= V3= V promedio =

9 9 de 12 MANEJO DE DATOS: MATRAZ A. 1. Encuentre el número de moles de NaOH que añadió: moles NaOH (matraz A)= (concentración NaOH) (volumen NaOH) 2. Calcular cuántos gramos de HCl en la solución; El número de moles de HCl en la solución: Moles HCl (matraz A) = (concentración HCl) (volumen de HCl) Calcular los gramos de HCl presentes: Gramos HCl = moles (moles HCl) (36.45 g /mol) 3. Puesto que añadió 1 ml de HCl 3M, y la densidad de esta solución es 1.06 g/ml, calcular la masa de HCl 3M. Gramos de HCl 3 M = (vol. de HCl) (densidad del HCl) Densidad HCl = 1.06 g/ml 4. EL HCI 3M contiene agua y HCl. La masa del agua en el HCl 3M es la masa del HCl 3M menos la masa del HCl (paso 2). Gramos H 2 O (en HCl 3M) = gramos HCl 3M = gramos HCl

10 10 de 12 MANEJO DE DATOS. MATRAZ B: Necesitamos conocer el número de moles de acetato de etilo, ácido acético, agua y alcohol etílico para calcular la constante de equilibrio. El siguiente procedimiento le permitirá calcular las cuatro cantidades. 5. La misma cantidad de HCl 3M que se añadió al matraz A se añadió al matraz B. Así, los mismos gramos de HCl y gramos de agua (en la solución de HCl 3M) están presentes en el matraz A y en el matraz B. 6. Calcular el número de moles de NaOH que se añadieron al matraz B. Moles NaOH (matraz B) = (concentración NaOH) (volumen de NaOH). Este valor podría ser más grande que el número de moles de NaOH añadido al matraz A. El número de moles adicionales de NaOH fue necesario para neutralizar el ácido acético en equilibrio, producido por la reacción. Así, los moles de ácido acético en equilibrio = moles NaOH (matraz B) = moles NaOH (matraz B ) = moles NaOH (matraz A). 7. Calcular el número de gramos de acetato de etilo (AE) en el matraz B en la siguiente forma: la cantidad original de acetato de etilo se conoce a partir del volumen que añadió al matraz B y de la densidad del acetato de etilo. Gramos AE (original)= (ml de AE) (0.895 g/ml). Convertir esta cantidad a moles: Moles AE (original)= gramos AE/(88.11 g AE/mol)

11 11 de 12 Una parte del AE reaccionó para formar ácido acético, de modo que hay menos AE en el equilibrio. Moles de AE en el equilibrio =moles AE (original)- moles de ácido acético en equilibrio (paso 6) 8. Se produjo un alcohol etílico por cada ácido acético, por lo tanto, Moles de alcohol etílico en equilibrio = moles de ácido acético equilibrio. 9. Sabemos cuánta agua proviene del HCl 3M (calculada en el Paso 4). Luego añadimos 0.6 ml de agua a la solución original, por lo tanto: Gramos H 2 O originales =gramos de agua (del HCl 3M) + (0.6ml) (1g/ml) Convertir esto a moles: Moles de agua, originales = (gramos de agua, originales) / (18.09 g/ mol) Una porción del agua, sin embargo, reaccionó para formar ácido acético, por lo tanto: Moles de agua, en equilibrio = moles de agua original moles de ácido acético en equilibrio 10. Sustituir las cantidades subrayadas en la ecuación de equilibrio, para resolver el valor de K. K= (moles ácido acético) (moles alcohol) / (moles AE) (moles agua) - EVALUACIÓN Y RESULTADOS

12 12 de Redactar sus observaciones haciendo mención del procedimiento llevado a cabo en la elaboración de la práctica. 2. Representar con un dibujo cada uno de los procesos y cálculos llevados a cabo -REFERENCIAS Obendrauf, V. Taller de Química Instantánea. Centro Mexicano de Química en Microescala. Universidad Iberoamericana. Mayo, ANEXOS