Experimento de Valoración Redox con Permanganato de Potasio
Fundamento Teórico
El número de oxidación de un elemento nos indica su estado de oxidación. Por ejemplo, en el caso del agua (H₂O), el H se encuentra en el estado de oxidación +1 y el O en el estado de oxidación -2. Las reacciones en las que cambia el estado de oxidación de alguno de los elementos reciben el nombre de reacciones de oxidación-reducción o reacciones redox. Si durante una reacción el número de oxidación de un elemento desciende, se dice que se ha reducido.
En este experimento, se añade permanganato de potasio (KMnO₄) a una disolución ácida que contiene una cantidad desconocida de sulfato de hierro (II). El permanganato oxida el ion hierro(II), Fe²⁺, a ion hierro(III), Fe³⁺.
De acuerdo con la teoría de transferencia electrónica de las reacciones redox, las moléculas con deficiencia electrónica aceptan electrones de los agentes reductores y las moléculas con exceso electrónico proporcionan electrones a los agentes oxidantes. En esta práctica, el permanganato de potasio es un agente oxidante.
Antes de estudiar en qué cantidades se produce la transformación de Fe²⁺ en Fe³⁺, se deben ajustar las ecuaciones correspondientes. Aunque las reacciones redox ocurren en disolución espontáneamente sin ningún estímulo eléctrico exterior, para entender mejor el ajuste de la reacción podemos considerarla como dos semirreacciones que ocurren en los electrodos de una batería. En todas las reacciones de transferencia de electrones, el número de electrones cedidos por el agente reductor debe ser igual al número de electrones aceptados por el agente oxidante.
Conceptos Clave
- Número de oxidación: Es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado.
- Agente oxidante: Un agente oxidante o comburente es un compuesto químico que oxida a otra sustancia en reacciones electroquímicas o de reducción-oxidación.
- Agente reductor: Es aquel que cede electrones a un agente oxidante.
Diferencia entre Hierro(II) y Hierro(III)
La diferencia fundamental entre el hierro(II) (Fe²⁺) y el hierro(III) (Fe³⁺) es su estado de oxidación. El ion ferroso (Fe²⁺) ha perdido dos electrones, mientras que el ion férrico (Fe³⁺) ha perdido tres. Esta diferencia afecta sus propiedades químicas, como el color de sus disoluciones y su reactividad. El Fe²⁺ puede ser oxidado a Fe³⁺.
Materiales
- Sulfato ferroso (FeSO₄)
- Vaso de precipitados de 100 ml
- Permanganato de potasio (KMnO₄)
- Bureta
- Ácido sulfúrico (H₂SO₄) 1 M
Procedimiento Experimental
- Añada 1 g de sulfato ferroso(II) de cantidad desconocida a un vaso de precipitados de 100 ml.
- Añada 50 ml de ácido sulfúrico 1 M al vaso de precipitados.
- Agite la disolución hasta que el sulfato ferroso(II) se disuelva por completo.
- Llene una bureta de 50 ml con permanganato de potasio 0.1 M.
- Anote el volumen inicial de la bureta.
- Valore el contenido del vaso de precipitados con permanganato de potasio hasta que la disolución comience a volverse rosada de forma persistente.
- Anote el volumen final de la bureta.
Repita los pasos del 1 al 7 tres veces para calcular el volumen medio de permanganato de potasio consumido en la reacción redox y asegurar la precisión de los resultados.
Introducción a la Química Orgánica y Propiedades de los Hidrocarburos
Características Generales de los Compuestos Orgánicos
Los compuestos orgánicos son aquellos compuestos químicos que contienen átomos de carbono. Un grupo fundamental de ellos son los hidrocarburos, formados únicamente por carbono e hidrógeno. El carbono en forma libre se presenta de forma cristalina (como el diamante o el grafito) o amorfa. El carbono se distingue de los demás elementos por formar un vasto número de combinaciones debido a la tendencia de sus átomos a unirse entre sí. Esta propiedad se llama concatenación y es la clave de la diversidad de la química orgánica.
Los hidrocarburos se clasifican en acíclicos (de cadena abierta) y cíclicos (formando anillos). Los compuestos orgánicos frecuentemente presentan isomería, un fenómeno por el cual compuestos con la misma fórmula molecular tienen diferentes fórmulas estructurales y, por tanto, distintas propiedades. Esto da origen a estructuras grandes y complejas. Generalmente, las reacciones orgánicas necesitan catalizadores y/o calor para llevarse a cabo.
Las propiedades físicas y químicas de los compuestos orgánicos permiten distinguirlos de otros. Las propiedades físicas, tales como el punto de fusión, el punto de ebullición, el índice de refracción y la densidad, han sido usadas por mucho tiempo en la identificación de compuestos orgánicos.
Punto de Fusión y Características de los Hidrocarburos
El punto de fusión es la temperatura a la cual ocurre la transición de un estado de agregación de la materia a otro, es decir, el pasaje de sólido a líquido. Algunas características básicas de los hidrocarburos son que están conformados por cortas o largas cadenas de carbono e hidrógeno. Estas cadenas pueden tener muy diversas ramificaciones, presentar insaturaciones (enlaces dobles o triples) o ser simplemente saturadas (solo enlaces simples). También pueden ser cíclicos (aromáticos o no aromáticos) o estar sustituidos por otros grupos funcionales como halógenos, aminas o amidas, formando una familia de compuestos muy amplia.
Los Alcanos
Son los hidrocarburos más simples, ya que solo contienen átomos de carbono e hidrógeno unidos por enlaces simples. Se les conoce como hidrocarburos saturados.
Propiedades Físicas
- Los alcanos son no polares, ya que están formados solo por carbono e hidrógeno, cuyos enlaces tienen una polaridad muy baja.
- Debido a su naturaleza no polar, son insolubles en agua (que es polar) pero son excelentes disolventes de grasas y algunas ceras (que son apolares).
- Tienen puntos de ebullición bajos que aumentan con el número de átomos de carbono. Los alcanos de bajo peso molecular (metano, etano, propano y butano) son gases a temperatura ambiente. A medida que la cadena de carbonos crece, las fuerzas intermoleculares (fuerzas de London) aumentan, y los compuestos se presentan como líquidos (ej. pentano, hexano) y, finalmente, como sólidos (alcanos con más de 18 átomos de carbono).
- De la misma manera, al aumentar el tamaño de la molécula se incrementa el punto de fusión y la densidad.
- Los alcanos tienen una baja densidad, la cual crece al aumentar el peso molecular. Sin embargo, su valor es siempre menor que la densidad del agua.
Propiedades Químicas
- Son compuestos poco reactivos debido a que no tienen sitios de reacción con alta densidad electrónica (como dobles enlaces) o enlaces muy polarizados. Por ello, no sufren transformaciones en presencia de ácidos, bases o metales comunes sin la presencia de energía (como luz UV o calor).
- Los alcanos son excelentes combustibles. En presencia de oxígeno y una fuente de ignición, experimentan una reacción de combustión que desprende dióxido de carbono (CO₂), agua (H₂O) y una gran cantidad de energía.
Experimento sobre Propiedades de Hidrocarburos
Materiales
- 10 tubos de ensayo
- Gradilla
- 3 vidrios de reloj
- Probeta
- Agitador de vidrio
- Vaso de precipitados
- Gasolina
- Queroseno
- Diésel
- Aceite lubricante
- Fósforos
- Ácido nítrico (HNO₃)
- Permanganato de potasio (KMnO₄)
- Agua destilada
Procedimiento Experimental
- Prueba de solubilidad: Coloque en cuatro tubos de ensayo diferentes muestras de gasolina, queroseno, diésel y aceite lubricante. Añada a cada uno una pequeña cantidad de agua destilada, agite y anote lo observado.
- Prueba de inflamabilidad: Coloque en cápsulas de porcelana o crisoles diferentes una pequeña cantidad de cada muestra. Acerque a cada una un fósforo encendido y anote si es inflamable y las características de la llama.
- Prueba de reactividad con ácido: Coloque en cuatro tubos de ensayo muestras de cada hidrocarburo. Agregue una pequeña cantidad de ácido nítrico, agite y observe si ocurre alguna reacción a los 5 minutos.
- Prueba de reactividad con oxidante: Realice la misma prueba del paso 3, pero utilizando una disolución de permanganato de potasio en lugar de ácido nítrico, y observe los resultados.