Materiales Utilizados:
- 1 Probeta
- 1 Cápsula de Petri
-
1 cubeta plástica con agua (El agua utilizada en el experimento era agua potable, pero será considerada como H2O pura para fines de el experimento, ya que comprobamos que el Mg no reacciona con el H2O)
- Pinzas de soporte
- Soporte universal
- Termometro
- Balanza digital
- Mechero Bunsen (Con trípode y rejilla)
- Vaso de precipitados
Reactivos:
20ml. de Ácido clorhídrico liquido (HCl) diluido en agua.
0.07g. de Magnesio, en forma de cinta sólida.
Agua potable, considerada como H2O para este experimento. Su cantidad no fue determinada, ya que no influyo en la reacción a estudiar.
Método:
- Se masaron 0.07 g. de Mg
- Se llenó la cubeta con agua potable hasta las ¾ partes de su capacidad.
- Se midió la temperatura del agua en la cubeta.
-
Se sacaron 20 ml. de ácido clorhídrico concentrado con una pipeta, y se mezclaron en una probeta con 70 ml. de agua. Luego se relleno con agua hasta rebalzar, para que no quedara aire.
- Se introdujo la cinta de Mg y se evito la salida de gas con la mano (desde aquí se partió el cronometro para medir el tiempo de la reacción)
- Se sumergió bajo el agua de la cubeta
- Se tapó con la cápsula de Petri el extremo de la probeta sumergida.
- Se observo el volumen de líquido desplazado.
- Cuando se agoto el Mg, se detuvo el cronometro y se anoto el tiempo.
Obtención de datos:
El experimento fue realizado cinco veces, cuatro de ellas con éxito. Se registraron todos los resultados para cada caso, excluyendo el que no se completo.
En cada uno de los casos, se considero constante la temperatura en el ambiente: Aun cuando sabemos que esta reacción libera calor, este no fue considerado, ya que su efecto en el tiempo es muy ligero.
Los datos registrados se pueden organizar en dos grupos: Uno con el ácido en mezcla homogénea con el agua, y uno en que esta concentrado en la parte superior. Esta organización de datos hace más fácil su interpretación, para poder comprobar la realidad de la hipótesis. El experimento fue realizado dos veces para cada caso, para poder comprobar su validez y fiabilidad.
Caso 1 - Ácido en mezcla homogénea:
En el primer experimento, los valores que se obtuvieron para el volumen fueron bastante parejos, llendo desde los 77ml. en el primer intento, hasta los 79ml, con un margen de error de ±1ml.). en el segundo.
Caso 2 – Ácido no homogeneizado:
En este caso, la mayor concentración de ácido se obtuvo en la parte superior de la probeta, y en ambos casos, la reacción fue mas rápida y de mejor rendimiento (Al parecer esto no se debió a la homogenización de ácido – ver nota “¤” en Conclusión).
El volumen de H2 liberado fue mayor que en el caso 1: 83 y 82ml.
Los resultados anteriores han sido organizados en la tabla a continuación, en orden creciente de volumen.
Tabla 1: “Relación entre volumen de H2 liberado y homogenización”
Observaciones: El Mg reacciona en su totalidad, se desprenden burbujas y calor.
Se midió también, el punto de ebullición del agua, que posteriormente fue usado para calcular la presión ambiental (Ver: “Ecuación 1”, en Análisis). Para esto, se utilizo un mechero Bunsen y un vaso de precipitados con aprox. 200ml. de agua. Se determino su punto de ebullición en 97°C, con un margen de error de ±1°C.
Por ultimo, se observo que la temperatura del agua en la cubeta era de 16°C, ±1°C.
Análisis de los datos:
A partir de los datos obtenidos en el experimento, se pueden deducir según las formulas, los siguientes valores:
- El rendimiento (Teórico y Real)
- El volumen teórico que deberíamos haber obtenido
-
La cantidad de moles que habían en el volumen medido de H2 y de MgCl2
- La presión atmosférica en el laboratorio
- La relación ideal entre el reactivo limitante y el que se encontraba en exceso.
El rendimiento y volumen de H2:
Para obtenerlo, debemos primero calcular el volumen esperado de H2 en la reacción, y luego compararlo con el obtenido en el experimento.
Se reemplaza por pesos atómicos, para relacionar con el reactivo controlado (Mg)
Esta relación nos da como resultado que, a 0.07g. de Mg, hay 0.0029g de H (0.0028 moles de H2)
Para obtener el volumen de H, se aplica la ley fundamental de los gases:
Al comparar el rendimiento teórico con el promedio del rendimiento real, obtenemos que:
El resultado es un 108,6%, el cual esta sobre lo esperado para esta reacción, pero dentro de lo aceptable según el margen de error de ±21.78%.
Presión atmosférica en el Laboratorio:
La obtuvimos utilizando una tabla de presión v/s Punto de ebullición del agua, que aparece en la página 1040 del libro “Química, La Ciencia Central”, 9a edición, por Brown, Theodore L. La presión de esta tabla estaba expresada en Torr., por lo que establecimos la igualdad:
Lo que resulta en una presión de 0.897 Atm.
Relación ideal entre los reactivos:
A partir de la formula , se puede saber que por cada mol de Mg, hacen falta 2 moles de HCl. Por lo tanto, resolviendo la siguiente igualdad y reemplazando pesos atómicos:
Se obtiene que por cada 0.07g de Mg, hacen falta 0.104g. de HCl para hacerlo reaccionar completamente.
Presentación de los datos calculados:
Tabla 2: Relación entre valores Teóricos y Reales.
Limite de Certidumbre:
Para obtenerlo, se dividió el margen de error para cada instrumento por el valor medido en el mismo, y se multiplico por 100, para obtener un porcentaje. Estos valores fueron luego sumados para obtener un total para todos los instrumentos involucrados en el proceso.
Probeta:
Balanza:
Termómetro:
Total: ±21.78%
Esto significa que el todos los resultados expuestos anteriormente pueden varían en un rango de ±21.78%, a causa de inexactitudes en el equipo de medición.
Conclusión y Evaluación
Aun queda sin explicar el hecho de que se libero cada vez más H2. Esto fue interpretado luego, tras descartar todas las otras posibilidades, como una inexactitud en la masa inicial del Mg, ya que, según la ley de la conservación de la masa, es imposible físicamente que se genere materia nueva en una reacción (¤).
El resultado esperado, a partir de 0.07g. de Mg, era de 73,9ml. de H2, cercano a los resultados que se obtuvieron. El promedio de nuestros resultados fue de 80.3ml., valor que se encuentra dentro del limite de certidumbre (22.21%, ±17g.).
El porcentaje de error para este valor es de 8% por sobre lo esperado, según el rendimiento teórico.
Por conclusión, podemos deducir que la homogenización del ácido antes del experimento no altera el resultado final.
De acuerdo a mi experiencia, yo creo que el método podría ser mejorado de varias formas. En primer lugar, habría que bajar el límite de certidumbre para las mediciones, principalmente el de la balanza. Esto se puede hacer de dos maneras: Una de ellas es usar cantidades más grandes de Mg, para poder masarlas con mayor exactitud, y la otra es usar una balanza más sensible, que permita determinar hasta con 0.001g. de precisión. Esto contribuiría a obtener resultados más exactos, lo que nos acercaría mas a una reacción totalmente controlada.
Otra mejora que se le puede hacer al procedimiento, y que también contribuiría a una mayor exactitud, seria un método para controlar que no se escape nada del H2 de la reacción, ya que, al taparlo con la mano, no se tiene la certeza de que no se pierde gas en absoluto. Una posibilidad para realizarlo de este modo, seria llevando a cabo el experimento en un ambiente cerrado, el que puede ser bajo el agua (totalmente) o en un contenedor cerrado.
BROWN, Theodore L. – Química, La Ciencia Central, 9a edición. Pagina 1040.
En este punto, se realizo el experimento de 2 formas: En una, se vació la mezcla a un vaso de precipitados, para homogeneizarla, y en la segunda, se dejo concentrado en la parte superior de la probeta
Estos valores están calculados sobre un margen de error de ±0.01g., entregado por la balanza con que se masaron los 0.07g. de Mg iniciales.
