Sulfato de potasio y alumbre (Reporte)

Universidad de Guanajuato

División de Ciencias Naturales y Exactas

Biología Experimental

Agosto-Diciembre 2016  

 PREPARACIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO Y POTASIO (ALUMBRE) A PARTIR DE UNA LATA DE ALUMINIO

 Balandrán Gutiérrez Uriel Eduardo, Espinosa Lira José Iván, Muñoz Carranza Sergio Rodrigo, Gámez Ramírez Roberto y Miranda Gálvez Gabriel Vidblain,

Objetivo:

Concientizar a los alumnos sobre la necesidad de cuidar el medio ambiente, mediante el reciclaje de desechos, en este caso de metales como el aluminio.

Introducir al alumno en la química del aluminio.

Aplicar los conocimientos de estequiometria a una sucesión de reacciones químicas.

Material y reactivos

• Tijeras
• Lata de aluminio
• Agitador de vidrio
• Plancha de calentamiento
• Tina con hielo
• Papel filtro
• Lija para metal
• Vaso de precipitado de 25 mL
• Vaso de 100 mL
• Vidrio de reloj
• Probeta de 25 mL
• Solución de KOH (Hidróxido de potasio)
• H₂SO₄ 9M (Ácido sulfúrico)
• Matraz Kitasato
• Embudo Büchner.
• Mangueras
• Bomba al vació.

Método

Se cortó un trozo cuadrado de aluminio de aproximadamente 3 cm de largo de una lata de refresco utilizando tijeras, este fue tallado con una lija fina para metal, removiendo la pintura y el recubrimiento plástico interno. Fue lavado con agua y secado. Al terminar se pesó en la balanza y se cortó nuevamente en trozos más pequeños que fueron agregados a un vaso de precipitado de 250mL.

Con una probeta, fueron agregados 50mL de solución de KOH 1.4 M de poco en poco dentro de la campana de extracción. Se agitó la mezcla con el agitador y se calentó a temperatura baja para acelerar un poco la reacción. Así se siguió hasta que finalizara de reaccionar y el aluminio quedara completamente disuelto. Una vez enfriado, se filtró por gravedad hasta obtener un líquido claro y uniforme, lavando el filtro con agua destilada.

Se adicionaron 20mL de H₂SO₄ 9M. De manera rápida, y agitando inmediatamente hasta observar que comenzaba el proceso de cristalización. Se calentó hasta lograr disolverlas, se dejó enfriar y pasó a baño helado por 5 min.

Se montó un filtrador al vacío y los cristales fueron filtrados de resto de la solución con ayuda de etanol para lavarlos. Se separó el papel filtro al finalizar la filtración al vacío y se dejó secar. El restante fue pesado para calcular el porcentaje de rendimiento.

Resultados

Masa inicial de aluminio = 1.00g

El alumbre, que será nuestro producto final, deshidratado se escribe KAl(SO₄)₂

Calcularemos su masa molecular

K= 39.098g/mol     Al= 26.981g/mol     S= 32.06g/mol     O= 15.999g/mol

KAl(SO₄)₂ = 258.191g/mol

Teóricamente, 1g de aluminio, nos debería de dar 

258.191/ 26.981 = 9.51 g  de alumbre

La masa de alumbre en el papel filtro registrada al final del experimento fue de 9.26g

Restándole la masa del papel filtro, que es de 0.60g, nos da 8.66g de alumbre

Nuestro rendimiento porcentual es (8.66/9.591)*100 = 90.29 %

El error porcentual lo obtenemos ((9.51 -8.66)/ 9.51)*100 = 9.7%  

Discusión

El aluminio posee una capa de óxido que lo protege del oxígeno del medio, razón por la cual es muy difícil que este material se oxide, tras agregar el hidróxido de potasio, esta base ataca primero el óxido de aluminio para poder disolver el aluminio en estado de oxidación Al⁰ y formar iones Al³⁺, que estarán disueltos en el líquido y así formar hidróxido de aluminio y potasio, que frente a la concentración y cantidad de hidróxido se transformará en un compuesto denominado tetrahidroxialuminato y potasio; esta reacción da como producto un medio de coloración negra debido a los iones de aluminio disueltos.

Tras añadir el ácido sulfúrico, se observa un precipitado de color blanco, que sería el hidróxido de aluminio, que más tarde será disuelto cuando la mezcla se caliente, ya sea por si solo (ácido y agua) o mediante la exposición en una placa de calentamiento; en esta reacción se neutraliza la base y se forma agua y una sal: el sulfato de aluminio y potasio.

Cuando preparamos una disolución y esta se calienta para después enfriarse lentamente, se dice que tenemos una disolución sobresaturada, por lo que los átomos del sólido disuelto comienzan a formar enlaces y pronto, en el medio que ya no puede diluirlos porque alcanzo su capacidad máxima de solubilidad, comienzan a precipitar, de esta manera se producen los cristales.

Conclusión

El reciclaje de aluminio resulta ser un proceso relativamente fácil a comparación del reciclaje de otros metales, además de que durante el mismo no pierde sus características químicas, así este proceso se puede repetir tantas veces se amerite.

Referencias:

Anónimo. Inforeciclaje. (2016). Obtenido el 7 de noviembre del sitio web: http://www.inforeciclaje.com/reciclaje-aluminio.php

Club de ensayos . (2011. Preparación de sulfato de aluminio y potasio . 2016, de Club ensayo/ciencia Sitio web: https://www.clubensayos.com/Ciencia/Preparación-de-sulfato-de-aluminio-y-potasio-alumbre/3197653.html

Grimorio Daniel. Síntesis inorgánica. (2013). Obtenido el 7 de noviembre del 2016 del sitio: http://tuayudaenellaboratorio.blogspot.mx/2013/04/sintesis-inorganica.html

Lentech. Aluminio. (1998). Obtenido el 7 de noviembre del sitioweb:

http://www.lenntech.es/periodica/elementos/al.htm#ixzz4POAtDf7G

Méndez Ángeles. Cristalización. (2010). Obtenido el 7 de noviembre del 2016 del sitio: http://quimica.laguia2000.com/general/cristalizacion

Reactivo limitante y porcentaje de rendimiento

REACTIVO LIMITANTE Y PORCENTAJE DE RENDIMIENTO

Cuando se realiza una reacción en algún momento esta misma se detiene debido a que alguno de los reactivos se terminó, haciendo que la reacción no pueda seguir debido a la falta de uno de los reactivos.   A este se le llama reactivo limitante, el cual es el reactivo que limita la cantidad de producto producido por la reacción, esto se debe a las proporciones que se requieren de reactivos para producir producto, por ejemplo, para producir agua se requieren dos átomos de hidrogeno y uno de oxigeno haciendo que la proporción requerida sea 2:1.

Al realizar los cálculos estequiométricos de una reacción, ya sabemos cuál será la cantidad de producto que se obtendrá, pero en la realidad por ligeros errores de pesado de los reactivos la cantidad nunca será la exacta requerida, debido a que esta puede ser mayor o menor, alterando la cantidad de producto que se producirá, a esto se le llama: rendimiento.

Para obtener el rendimiento porcentual se divide el rendimiento real, el cual es la cantidad real de producto que se creó en la reacción, sobre el rendimiento teórico, el cual es la cantidad de reactivo que se tenía pensado producir y el resultado de esta división se multiplica por cien.  

%Rendimiento porcentual= (rendimiento real/rendimiento teórico) (100) 


Referencias: Ver Reactivo limitante y porcentaje de rendimiento (reporte) en el mismo blog.

Reactivo limitante y porcentaje de rendimiento (Reporte)

Universidad de Guanajuato

División de Ciencias Naturales y Exactas

Biología Experimental

Agosto-Diciembre 2016  

 REACTIVO LIMITANTE Y PORCENTAJE DE RENDIMIENTO

Balandrán Gutiérrez Uriel Eduardo, Espinosa Lira José Iván, Muñoz Carranza Sergio Rodrigo, Gámez Ramírez Roberto y Miranda Gálvez Gabriel Vidblain,

Objetivo:

Calcular el porcentaje (%) de rendimiento en reacciones en las que la cantidad de producto obtenido depende del reactivo limitante. 

Material y reactivos:

• Vidrios de reloj
• 1 tubos de ensaye
• Agitador de vidrio
• Vaso de precipitado de 250 mL
• Piseta 
• Plancha de calentamiento 
• K₂CrO₄ (cromato de potasio)
• Pb(NO₃)₂ (Nitrato de plomo)

Procedimiento

1.  Se pesaron 0.97 g de K₂CrO₄ y 0.99 g de Pb(NO₃)_2. El K₂CrO₄ se diluyó completamente en 10mL de H₂O (destilada) dentro de un tubo de ensayo. Y se agregó a la disolución de Pb(NO₃)₂ previamente realizada con 9mL de H₂O en el vaso de precipitado.

2.    Se esperó hasta que la mezcla se homogeneizara y se colocó sobre la plancha de calentamiento mientras se agitaba constantemente hasta alcanzar un cambio de color en la mezcla.

3.    Cuando se finalizó el calentamiento, se dejó reposar hasta que se sedimentó el producto de la reacción, y con la pipeta, se extrajo la mayor cantidad de líquido posible. Después se lavó el precipitado con agua destilada por cinco veces.

4.    Se realizó una breve y pequeña reacción con etanol, posteriormente se procedió a limpiar la muestra para facilitar su posterior secado.

5.    Al haber extraído todo el etanol restante, se calentó la muestra una vez más para finalizar el secado y obtener una muestra pura que pesar.

Resultados

Teniendo la ecuación,

  

K₂CrO_4 + Pb(NO₃)_{2    →}  PbCrO_{2  +}   2KNO₃

Calculamos el peso molecular de cada compuesto:

(Reactivo A) K₂CrO₄ = 194.188 g/mol

(Reactivo B) Pb(NO₃)₂ = 331.2008 g/mol

(Reactivo C) PbCrO₂  = 323.192 g/mol

(Reactivo D) 2KNO₃ = 202.2 g/mol

Experimentalmente, se pesaron 1.0184 g de Pb(NO₃)₂ y 0.9637 g de K₂CrO_4.

Podemos deducir por simple observación que el reactivo limitante es el B, y lo corroboramos con una regla de 3, considerando que 194.188 de A, reaccionan con 331.208 g de B, y calculamos la cantidad en g de A que reaccionan con 1.0184g de B:

(1.0184*194.88)/331.28 = 0.5971 g de A

Por lo que podemos saber que aproximadamente del reactivo A, es decir, el que está en exceso., van a quedar 0.3666 g sin reaccionar.

El producto que vamos a recuperar, es el C, teniendo en cuenta que el reactivo limitante es el B, es el que usamos para calcular nuestro rendimiento teórico.

Tenemos que por cada 331.208 g de B, se obtienen 323.192 g de C, por lo tanto:

(1.0184*323.12)/331.28= 0.9938 g de C es lo que teóricamente debemos obtener.

El peso de C obtenido experimentalmente fue de 3.8401 g

El rendimiento porcentual es (3.8401 g/0.9938 g)* 100  = 386.406 g

Discusión

El precipitado que resulta del cromato de potasio y nitrato de plomo  es el cromato de plomo, un sólido cristalino de color amarillo, misma tonalidad que presenta  la reacción debido a este compuesto; sin embargo el cambio de intensidad de color es más perceptible cuando la muestra es expuesta a una fuente de calor, esto es debido a que el color del cromato de plomo resulta ser más coloreado que el color del plomo cuando este llega a precipitar, así, da la apariencia de intensificarse, pero desde luego solo está reaccionando el plomo y el cromato para producir antes mencionada sustancia: el cromato de plomo.

De acuerdo a los cálculos, el reactivo limitante es el nitrato de plomo, es decir, que la cantidad, en gramos, del mismo reaccionará por completo antes de que el cromato de potasio lo haga primero, por ello, esta última sustancia es la que está presente en exceso, así, sobrando con 0.36 g, los cuales no pudieron reaccionar con el nitrato de plomo.  

Teóricamente se debió haber obtenido aproximadamente 0.99 g de cromato de plomo, mientras que experimentalmente se obtuvo 3.84 g, es decir, más del doble, por lo que inferimos que la muestra a pesar no estaba completamente seca y por tanto la cantidad que contenía de agua o etanol afectaron el peso. Por consiguiente de todo lo anterior nuestro porcentaje de rendimiento supera los 300, pues el sedimentado de cromato de plomo no es puro.

Conclusiones

Gracias a la realización de la práctica, pudimos observar cómo es que varía la cantidad de producto que teníamos planeada en comparación con la cantidad de producto que realmente se generó en la reacción, debido a los pequeños errores a la hora de pesar los reactivos, o al momento de la separación de los reactivos, uno en estado sólido y otro en estado líquido, ya que por filtración resulta muy complicado, puesto que en el papel permanece residuo, así, la forma más eficaz sería el decantado, o bien, que nos resultó más eficaz fue el pipetear cuidadosamente el líquido tantas veces como fuese necesario. 

Referencias:

Borneo Rafael. Clases de química. Universidad de Córdoba. (s/a). Obtenido el 16 de Octubre del 2016 del sitio:

 http://clasesdequimica.blogspot.mx/2009/08/rendimiento-teorico-y-real.html

Chang Raymond. (2002). Relaciones de masa en las reacciones químicas En Química 7^a edición. McGraw Hill; México. 87-93 pp.