TALLER 3: VCL Virtual ChemLab (ARIANA EGOAVIL)
PARTE 1: PRESENTACIÓN DEL INFORME
LABORATORIO Nº 2: Reacciones químicas y estequiometría.
1. Objetivos:
1.1. Objetivo general:
Realizar experiencias básicas de un laboratorio de Química General haciendo uso del programa Virtual ChemLab.
1.2. Objetivos específicos
Determinar el número de átomos presentes en unas muestras de oro, sodio, hierro y rutenio, realizando el experimento en el área de calorimetría del Laboratorio de Química General.
Determinar el número de moléculas (unidades formulares) y átomos presentes en unas muestras de sacarosa y cloruro de amonio, realizando el experimento en el área de calorimetría del Laboratorio de Química General.
Observar reacciones de precipitación, usando cationes plata(I), plomo(II) y calcio(II), y aniones carbonato, sulfuro, sulfato, hidróxido y cloruro, realizando el experimento en el área de inorgánica del Laboratorio de Química General.
2. Observaciones, datos experimentales y datos tabulados
2.1. Experimento 1: Conteo de átomos:
Los volúmenes de las muestras metálicas a simple vista eran los mismos, en la Tabla 1 se muestran los datos obtenidos durante el experimento. Al realizar el peso de las muestras, se observó que la última cifra decimal que mostraba la balanza analítica variaba mucho.
Tabla 1. Datos del Experimento 1
2.2. Experimento 2: Conteo de moléculas (unidades formulares)
En la Tabla 2 se muestran los datos obtenidos durante la experiencia virtual.
Tabla 2. Datos del Experimento 2
2.3. Experimento 3: Reacciones de precipitación
En la tabla 3 se muestra un resumen de las observaciones realizadas durante la práctica virtual.
Tabla 3 Datos del experimento 3:
3. Cálculos
3.1. Experimento 1: Conteo de átomos:
Para este experimento se emplearán estas dos relaciones matemáticas:
Número de moles = Masa / Masa molar
Número de átomos = Número de moles * Número de Avogadro ( NA = 6,02214129*1023)
Para el caso del oro:
Número de moles de oro = 51,0617 / 196,97 = 0,259 mol de oro
Número de átomos = 0,259 mol de oro * NA = 1,56*1023
Para el caso del sodio:
Número de moles de sodio = 2,8698 / 22,990 = 0,125 mol de sodio
Número de átomos = 0,125 mol de sodio * NA = 7,52*1022
Para el caso del hierro:
Número de moles de hierro = 20,0685 / 55,845 = 0,359 mol de hierro
Número de átomos = 0,359 mol de hierro * NA = 2,16*1023
Para el caso del rutenio:
Número de moles de rutenio = 33,2835 / 101,07 = 0,329 mol de oro
Número de átomos = 0,329 mol de oro * NA = 1,98*1023
3.2. Experimento 2: Conteo de moléculas (unidades formulares)
Para el caso de la Sacarosa:
Moles de sustancia = Masa / Masa molar
Moles de sustancia = 0,9762 g / 3342,2964 g/mol
Moles de sustancia = 2,92*10-4 moles de sacarosa
Moles de átomos = 2,92*10-4 (35 moles de átomos / 1 mol de sacarosa)
Moles de átomos = 0,01 moles de átomos
Moles de H = 2,92*10-4 mol de sacarosa * (22 moles de H / 1 mol de sacarosa)
Moles de H = 6,43*10-3
Número de átomos = Número de moles * NA (NA = 6,02214129*1023) *35
Número de átomos = 6,15*1021
Para el caso del cloruro de amonio:
Moles de sustancia = Masa / Masa molar
Moles de sustancia = 1,029 g / 53,491 g/mol
Moles de sustancia = 0,019 moles de NH4Cl
Moles de átomos = 0,019 moles de NH4Cl * (6 mol átomos / 1 mol de NH4Cl)
moles de átomos = 0,115
Moles de H = 0,019 moles de NH4Cl * (4 moles de H / 1 mol NH4Cl)
Moles de H = 0,077
Número de átomos = Número de moles * NA (NA = 6,02214129*1023) * 6
Número de átomos = 6,951*1022
Moles de iones = 0,019 moles de NH4Cl * (2 moles de iones / 1 mol NH4Cl)
Moles de iones = 0,038
Número de iones = 0,038 mol iones * NA
Número de iones = 2,288*1022
4. Resultados tabulados
4.1. Experimento 1: Conteo de átomos
Tabla 4. Resultados del experimento 1
4.2. Experimento 2: Conteo de moléculas (unidades formulares)
Tabla 5. Resultados del experimento 2
4.3. Experimento 3: Reacciones de precipitación
4.3.1. Ecuaciones químicas de las reacciones:
Ag +
2 AgNO3 (ac) + Na2CO3 (ac) → Ag2CO3 (s) + 2 NaNO3 (ac)
2 AgNO3 (ac) + Na2S (ac) → Ag2S (s) + 2 NaNO3 (ac)
2 AgNO3 (ac) + 2 NaOH (ac) → Ag2O (s) + 2 NaNO3(ac) + H2O (l)
AgNO3 (ac) + NaCl (ac) → AgCl (s) + NaNO3 (ac)
Pb 2+
Pb(NO3)2 (ac) + Na2CO3 (ac) → PbCO3 (s) + 2 NaNO3 (ac)
Pb(NO3)2 (ac) + Na2S (ac) → PbS (s) + 2 NaNO3 (ac)
Pb(NO3)2 + 2 NaOH (ac) → Pb(OH)2 (s) + 2 NaNO3(ac)
Pb(NO3)2 (ac) + Na2SO4 (ac) → PbSO4 (s) + 2 NaNO3 (ac)
Pb(NO3)2 (ac) + NaCl (ac) → PbCl2 (s) + NaNO3 (ac)
Ca 2+
Ca(NO3)2 + Na2CO3 (ac) → CaCO3 (s) + 2 NaNO3 (ac)
Ca(NO3)2 + 2 NaOH (ac) → Ca(OH)2 (s) + 2 NaNO3(ac)
4.3.2. Ecuaciones Iónicas netas:
Ag +
2 Ag+ (ac) + CO32- (ac) → Ag2CO3 (s)
2 Ag+ (ac) + S2- (ac) → Ag2S (s)
2 Ag+ (ac) + OH- (ac) → Ag2O (s)
Ag+ (ac) + Cl- (ac) → AgCl (s)
Pb 2+
Pb2+(ac) + CO32- (ac) → PbCO3 (s)
Pb2+(ac) + S2- (ac) → PbS (s)
Pb+2 (ac) + OH- (ac) → Pb(OH)2 (s)
Pb2+(ac) + SO42- (ac) → PbSO4 (s)
Pb2+(ac) + Cl- (ac) → PbCl2 (s)
Ca 2+
Ca2+(ac) + CO32- (ac) → CaCO3 (s)
Ca2+(ac) + OH- (ac) → Ca(OH)2 (s)
Tabla 6. Resultados del experimento 3
5. Discusión de resultados
Al realizar la experiencia número 3 de forma general se observaron cambios de color y/o formación de precipitados luego de añadir la solución del anión sobre la del catión, lo cual es evidencia de que ha ocurrido una reacción química, dichas reacciones químicas se muestran en la Sección 4.3. La formación de los precipitados es debido a que los productos formados son prácticamente insolubles en un medio acuoso, tal y como se observa en la Tabla 7(Lide, 2004). Cuando se añade hidróxido de sodio sobre el nitrato de plomo se forma un sólido blanco el cual es imperceptible por nuestra vista que que es altamente soluble en agua con exceso de iones hidróxido (se forma PbO2 2-, incoloro) (Bond et al. 1994), cuya presencia puede evidenciarse con el valor del pH, el cual es 14, indicando una alta concentración de iones hidróxido.
Tabla 7. Solubilidades (Lide, 2004)
6. Conclusiones
Se determinó el número de átomos presentes en unas muestras de oro (1,56*1023), sodio (7,52*1022), hierro (2,16*1023) y rutenio (1,98*1023), realizando el experimento en el área de calorimetría del Laboratorio de Química General.
Se determinó el número de moléculas y átomos presentes en unas muestras de sacarosa y cloruro de amonio, realizando el experimento en el área de calorimetría del Laboratorio de Química General.
Se observaron reacciones de precipitación usando cationes plata(I), plomo(II) y calcio(II), y aniones carbonato, sulfuro, sulfato, hidróxido y cloruro, realizando el experimento en el área de inorgánica del Laboratorio de Química General.
7. Referencias bibliográficas
Lide D. (2004) Handbook of physics and chemistry 84 ed. CRC press LLC.
Bond T., Hughes C. (1994) O-level Chemistry Complete Guide (Yellowreef) 39- 42. Recuperado el 04/10/2021 de: https://books.google.com.pe/books?id=tgMcAgAAQBA J&pg=PA46&dq=Ca(NO3)2+%2B+NaOH&hl=es-419&sa=X&ved=2ahUKEwiqjrr0mLLzAhXkTDABHbqwA5EQ6AF6BAgIEAI#v=onepage&q=Ca(NO3)2%20%2B%20NaOH&f=false
PARTE 2:
Del laboratorio Nº 2, Responda las siguientes preguntas y EXPLIQUE para cada uno de los laboratorios: Inorgánica y Calorimetría.
El programa Virtual ChemLab se divide en tres áreas: El laboratorio de Química Orgánica, el Almacén y el Laboratorio de Química General. El laboratorio de Química General consta de seis áreas: Inorgánica, Calorimetría, Titulaciones, Gases, Cuántica y el Almacén. En este taller se han explorado las áreas de Inorgánica y Calorimetría.
¿Las instalaciones deben ser de tamaño, construcción y ubicación y diseño adecuados a las operaciones a realizar? (VER ppt ergonomía)
Si, lo ideal es que el área de trabajo esté diseñado de tal forma que la persona que va a realizar determinadas actividades se sienta cómodo tanto fisiológica, anatómica, psicológicamente, de tal forma que el ambiente (entorno, otras personas) y las condiciones de trabajo (objetos) se adapten a la persona de acuerdo a sus necesidades, y ello le brinde confort, armonía, bienestar y seguridad (Picó Amador, 2007). Ello implica que las instalaciones deben tener un tamaño, construcción y ubicación segura, de tal forma que la persona que realiza el trabajo lo haga de forma segura y apropiada.
Ello abarca tener en cuenta las características del personal, la zona en la que va a realizar el trabajo (su alcance vertical, horizontal, ángulo de visión), el tipo de trabajo que va a realizar (tareas específicas, movimientos repetitivos, exigencias físicas), la forma o el camino por el que va acceder hasta su puesto de trabajo, los productos de uso diario y ocasional (su localización y almacenaje), el número de personas con las que trabaja o estará rodeada, así como las diferentes posturas que adoptará cuando esté trabajando, el tipo de silla que será necesaria para su desempeño óptimo (equilibrio-comodidad-estabilidad) y el espacio para que sus piernas mantengan movilidad (Instituto Nacional de Seguridad Higiene en el Trabajo - INSHT, 2014).
La falta de un estudio previo sobre el diseño del puesto de trabajo, da lugar a una falta de condiciones ergonómicas, lo que posteriormente puede generar a una falta de espacio, lo que puede conllevar a la adopción de posturas forzadas sea de todo el cuerpo o una parte (la mano, el brazo, la pierna, el cuello, etc.) o patologías musculoesqueléticas; también de alguna forma los estudios no pueden ejecutarse de forma correcta, o se pueden contaminar las muestras y perturbarse los resultados (Instituto Nacional de Seguridad Higiene en el Trabajo - INSHT, 2014;).
Debe haber un área para cada objetivo diferente (baños, oficinas, salones, sala de espera, cuarto de equipos, área de gases, etc.). En un laboratorio las áreas en las que se realicen diferentes actividades (ejemplo: área de inorgánica y área de calorimetría) deben estar separadas a una distancia adecuada o ser suficientemente espaciosas de tal forma que no exista contaminación entre ambos ambientes, así mismo el tamaño del ambiente varía de acuerdo a la actividad a realizar, lo que se va a usar y a la cantidad de personas que trabajan ahí. Además la unión entre los techos, suelos y paredes debe ser cóncava, y el área debe estar ventilada y a la temperatura adecuada, ya que ello puede alterar los resultados o variables que dependan de la temperatura.
¿Se tiene instalaciones de seguridad: ducha, lavaojos?
Si, el Laboratorio de Química General cuenta con instalaciones de seguridad como la ducha o los lavaojos ubicadas al lado derecho de la pizarra, además se puede observar un que se encuentra instalado un extinguidor, que está fácilmente visible y accesible, cerca al área de gases. Sin embargo los cilindros de gases se encuentran dentro del área de trabajo, lo recomendable es que se encuentren en un área aislada del laboratorio, a pesar de ello el cilindro de gas hidrógeno que está presente en el área de calorimetría se encuentra sujeto con cadenas y fija a la pared. En general el laboratorio muestra una buena iluminación, sin embargo no se observan luces de emergencia. Se encuentran señalizadas las salidas, pero no se muestra una ruta de evacuación ante emergencias, tampoco se muestra un botiquín, pero por ejemplo hay zonas señalizadas que indican peligro. En ambas áreas, calorimetría e inorgánica, no se observa la presencia de campanas extractoras de gases, por ejemplo en el área de inorgánica se observa una botella de ácido nítrico (ácido fuerte de olor penetrante) encima de la mesa de trabajo y cuando se usa no se hace ninguna referencia al uso de una campana extractora.
¿Están equipados con instrumentos y equipos adecuados para todos los ensayos realizados?
Si, ambos áreas, inorgánica y calorimetría, tienen lo necesario (reactivos, material de vidrio, balanza analítica, centrifugador, rótulos, cuaderno de laboratorio) para realizar los experimentos de la práctica de laboratorio del presente taller, sin embargo no se considera la limpieza de materiales o recipientes que puedan contaminar las muestras, por ejemplo en el laboratorio de calorimetría cuando se utilizó oro, luego en el mismo portamuestra se introdujo el sodio y así sucesivamente con las muestras utilizadas (hierro y rutenio).
¿Se tiene precauciones especiales para manipulación de sustancias tóxicas?
No, no se tienen precauciones especiales para la manipulación de sustancias tóxicas, por ejemplo durante la práctica en el área de inorgánica, se utilizó una solución de una sal de plomo (Pb(NO3)2), sin embargo al terminar la práctica, todo aquello que contenía esta sal (ejemplo: el carbonato de plomo produce humos tóxicos de óxido de plomo (ICSC 0999, n.d.), además de otras sustancias, fueron desechadas directamente, lo mismo sucedió cuando se utilizaron soluciones de sales de mercurio (Hg2+, Hg22+). Del mismo modo, al utilizar ácidos fuertes, como HCl, HNO3 o H2SO4, tanto en el área de calorimetría e inorgánica, no se hace uso de una campana de extracción. Además, tanto sustancias orgánicas como inorgánicas usadas en el área de calorimetría, se desechan en el mismo lugar.
Además en el área de titulación está permitido agregar el titulante a la bureta directamente desde el frasco que lo contiene, sin tomar precauciones de que al hacer eso durante una práctica real, corremos peligro de que nos caiga alguna sustancia al rostro o a los ojos.
¿Qué condiciones ambientales apropiadas en función a las operaciones, se tiene?
El laboratorio de Química General se encuentra a temperatura y presión estable (25 °C y 757 torr), ya que ello se puede visualizar con un controlador de temperatura y un barómetro ubicados cerca al área de calorimetría, el hecho de no mantener una temperatura constante y adecuada puede descalibrar algunos equipos o instrumentos analíticos.
El laboratorio de Química General, así como las áreas de inorgánica y calorimetría tienen buena iluminación.
Respecto al ruido, durante las actividades del taller 2, en las áreas de inorgánica y calorimetría no se tiene interferencias por el ruido, ya que el ambiente en esa zona es muy tranquilo, sin embargo en el área de gases, al utilizar los equipos, estos ocasionan ruido que puede afectar las medidas realizadas en las otras áreas, ya que estas no existe una separación eficaz entre las diferentes áreas del Laboratorio de Química General; del mismo modo el peligro de radiación del área de cuántica podría afectar a las otras áreas. Lo adecuado sería que cada área del Laboratorio de Química General ocupe un ambiente propio y separado.
Como se observa, en el área de inorgánica, sobre la mesa de trabajo no hay presencia de documentos u objetos sin importancia, que no tengan que ver con el experimento que se va a realizar (ejemplo: celulares, mochilas), lo que se resalta es la presencia de un cuaderno de laboratorio lo cual es apropiado y necesario para tomar nota cuando se realiza un experimento. En cambio, en el área de calorimetría, en la mesa de trabajo se observa la presencia de objetos que nos útiles para la práctica del taller 2, como el balde de hielo, la mufla o el soporte universal; además hay papeles que se usan para pesar muestras en la balanza, sin embargo ello en conjunto con la balanza analítica deberían estar en un cuarto cerrado. En general el laboratorio de Química General se ve ordenado.
A pesar de que los balones de gases no estén ubicados en una zona exterior al laboratorio y se encuentren muy cerca de la mesa de trabajo, estos se encuentran instalados de forma vertical, fijos a las paredes y sujetos con cadenas.
Las estanterías en el almacén no están bien ubicadas ya que no están pegadas al techo así que ello va a ser fuente de acumulación de polvo y se pueden contaminar los reactivos, sin embargo cabe resaltar el orden que se tiene al guardar los reactivos y materiales en el almacén: los compuestos orgánicos por un lado, los compuestos inorgánicos por otro lado, así como las sales, los gases, material de vidrio, etc. y todos y cada uno correctamente rotulados.
Las uniones entre el piso, las paredes y el techo no son cóncavas, lo que no facilita la limpieza y una posible contaminación de las muestras.
¿Se tienen condiciones eléctricas seguras (Equipos a prueba de exposición)?
Si, de forma general podría decirse que el Laboratorio de Química General tiene condiciones eléctricas seguras, ya que no se visualizan cables regados por el piso, ni cables pelados o sueltos, además, cerca al área de calorimetría se tiene un controlador de presión y temperatura, lo cual podría ser de ayuda ante un posible calentamiento anormal en alguna zona del laboratorio; sin embargo hay detalles que podría corregirse, por ejemplo, en el área de inorgánica no se observan enchufes en los que pueda conectarse la plancha de calentamiento o el centrifugador, y en el área de calorimetría, se puede observar que la mufla se encuentra cerca al grifo de agua, lo cual es peligroso, ya que en la zona en la que está conectada la mufla pueden llegar gotas de agua y ocasionar accidentes.
¿Las instalaciones son aptas para las operaciones que se efectúan? Si, no, explique.
No del todo, por ejemplo, durante la práctica se utilizó varias veces la balanza analítica presente en el área de calorimetría, la cuál se encuentra mal ubicada, ya que está encima de la mesa de trabajo en la que se efectúan las prácticas, lo adecuado sería que la balanza analítica se encuentre en un ambiente cerrado, ya que cualquier vibración o movimiento (que hay en una mesa de trabajo) alrededor de la balanza la puede descalibrar. Por otro lado, los grifos se encuentran mal ubicados, ya que no hay espacio para lavar los materiales de vidrio. En cambio en el área de inorgánica si se cuenta con espacio suficiente para realizar los experimentos, pero por ejemplo en caso se requiera calentar utilizando un mechero Bunsen, no se cuenta con una instalación para el gas. Además, en caso la práctica de laboratorio dure horas o para algún experimento que se requiera esperar, no se tienen sillas o taburetes ergonómicos en los que uno pueda sentarse a descansar o para hacer la práctica, así mismo la parte inferior de las mesas de trabajo están ocupadas por cajones, así que no te tiene un espacio para la movilidad de las piernas cuando se requiera hacer actividades sentado. Además no se observa la presencia de campanas extractoras de gases en ningún área, lo cual es útil cuando se trabaja con sustancias químicas volátiles o reacciones de las cuales se desprenden gases que pueden afectar las vías respiratorias o causar daños al organismo.
¿Cuál sería el tamaño de la mesa de trabajo, la mesa de instrumentos, la mesa del almacén?
La longitud o una de las dimensiones de la mesa de laboratorio (mesa de trabajo, mesa de instrumentos y mesa de almacén) debe ser un múltiplo de 300 mm, lo recomendable es que este valor se encuentre entre 600 y 1800 mm. Considerando los alcances horizontales dados por (Instituto Nacional de Seguridad Higiene en el Trabajo - INSHT, 2014) la mesa de trabajo sería de dimensiones: 1800 x 600 x 900 mm (largo x ancho x alto). Las dimensiones de la mesa de instrumentos y de la mesa de almacén dependerán del tamaño del instrumento que se tenga, y la cantidad de material y/o reactivos disponibles para el almacén.
¿Cuál es la norma peruana para mesas en laboratorios?
Existe la Norma Técnica Peruana “NTP 260.079: 2015 MUEBLES. Mobiliario de oficina. Mesas de trabajo. Dimensiones”, en la cual se establecen las dimensiones de las mesas de trabajo de oficina para uso general, así mismo, no fija ni las dimensiones de los cajones ni de otras mesas auxiliares (“INACAL,” n.d.). A nivel internacional está disponible la norma “UNE-EN 13150:2001 Mesas de laboratorio, dimensiones, requisitos de seguridad y métodos de ensayo” (UNE-EN 13150, 2001).
Referencias
UNE-EN 13150 (2001). UNE-EN 13150 Mesas de laboratorio. Dimensiones, requisitos de seguridad y métodos de ensayo.
INACAL. (n.d.). Retrieved October 4, 2021, from https://servicios.inacal.gob.pe/cidalerta/biblioteca-detalle.aspx?id=22207
Instituto Nacional de Seguridad Higiene en el Trabajo - INSHT. (2014). NTP 1029. Ergonomía en el laboratorio: requisitos de diseño de mobiliario y equipos, 1–6.
Picó Amador, J. M. (2007). Seguridad e higiene en el trabajo: Técnicas de prevención de riesgos laborales (9na ed.). Madrid: Tébar S.L. Retrieved from https://books.google.com.pe/books?id=y9IE1LsvwwQC&pg=PA569&dq=ergonomia+definicion&hl=es-419&sa=X&ved=2ahUKEwjcpYq09bDzAhUWQTABHf_zCSMQ6AF6BAgFEAI#v=onepage&q=ergonomia definicion&f=false
ICSC 0999 (n.d.) ICSC 0999 - CARBONATO DE PLOMO. Recuperado el 4 de octubre del 2021 de: http://www.ilo.org/dyn/icsc/showcard.display?p_card_id=0999&p_version=2&p_lang=es
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