LAB OXIGENO-AGUAS-2020

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Laboratorio Nº 7 – Oxigeno, Aguas 
 
OBJETIVOS: 
1. Diferenciar aguas duras 
2. Estudia un método de obtención de oxígeno en laboratorio 
3. Estudiar las propiedades de un oxido anfótero 
 
Introducción teórica 
El agua es la molécula más común en todos los seres vivos en la Tierra; la masa de la mayoría de los 
organismos contiene entre un setenta y noventa por ciento de agua, aunque el porcentaje varía 
considerablemente según la especie y la etapa de desarrollo del individuo, El cuerpo humano incluye 
entre un 65 % a un 75 % de agua en peso, y el porcentaje es menor a medida que la persona crece. 
Su importancia reside en que la casi totalidad de los procesos químicos que ocurren en la 
naturaleza, no sólo en los organismos vivos, animales y vegetales, sino también aquellos que se llevan a 
cabo en el laboratorio y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua, esto es en 
disolución. 
El agua se encuentra en la naturaleza en los tres estados: sólido, líquido y gaseoso. El agua 
recubre el 71 % de la superficie de la corteza terrestre Se localiza principalmente en los océanos, donde 
se concentra el 96,5 % del agua total. A los glaciares y casquetes polares les corresponde el 1,74 %, 
mientras que los depósitos subterráneos y los glaciares continentales concentran el 1,72 %. El restante 
0,04 % se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y 
seres vivos. 
Es una molécula compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno 
 
A la presión de 1 atm, el agua es líquida entre las temperaturas de 273,15 K (0 C) y 373,15 K (100 C). 
Los valores para el calor latente de fusión y de vaporización son de 0,334 kJ/g y 2,23 kJ/g, 
respectivamente. 
A presiones por debajo de 0,006 atm, el agua no puede existir en el estado líquido y pasa directamente 
del sólido al gas por sublimación, fenómeno explotado en la liofilización de alimentos y compuestos. A 
presiones por encima de 221 atm, los estados de líquido y de gas ya no son distinguibles, un estado 
llamado agua supercrítica. En este estado, el agua se utiliza para catalizar ciertas reacciones y tratar 
residuos orgánicos. 
La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión. A la 
presión de una atmósfera, la densidad mínima del agua líquida es de 0,958 kg/L, a los 100 °C. Al bajar la 
temperatura, aumenta la densidad constantemente hasta llegar a los 3,8 °C donde alcanza una densidad 
máxima de 1 kg/L. A temperaturas más bajas, a diferencia de otras sustancias, la densidad disminuye. A 
los 0 °C, el valor es de 0,9999 kg/L; al congelarse, la densidad experimenta un descenso más brusco 
hasta 0,917 kg/L, acompañado por un incremento en el volumen, lo que explica el hecho de que el hielo 
flote sobre el agua líquida. 
La polaridad de la molécula de agua da lugar a fuerzas de London y la formación de hasta 
cuatro enlaces de hidrógeno con moléculas vecinas. Otra consecuencia de la polaridad del agua es que, 
en estado líquido, es un disolvente muy potente de muchos tipos de sustancias distintas. Las sustancias 
que se mezclan y se disuelven son llamadas hidrófilas, mientras que las que no se disuelven bien con el 
agua, como lípidos y grasa, se denominan sustancias hidrófobas. En términos químicos, el agua es un 
solvente eficaz porque permite disolver iones y moléculas polares. En el proceso de disolución, las 
moléculas del agua se agrupan alrededor de los iones o moléculas de la sustancia para mantenerlas 
alejadas o dispersadas. Los aniones o porción de la molécula con carga negativa atraen a hidrógenos 
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_molecule_dimensions.svg
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presentes en la molécula del agua, mientras que los oxígenos presentan afinidad por los cationes o iones 
con carga positiva. 
Los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua también son responsables de los elevados 
puntos de fusión y ebullición. También, explican los altos valores de la capacidad calorífica 4,2 J/(g K), , 
el calor latente y conductividad térmica. Estas propiedades le dan al agua un papel importante en la 
regulación del clima de la Tierra, mediante el almacenamiento del calor y su transporte entre la 
atmósfera y los océanos. Estos enlaces moleculares explican la adhesividad del agua, su elevado índice 
de tensión superficial y su capilaridad lo que permite a algunos animales desplazarse sobre la superficie 
del agua y contribuye al transporte de la savia en las plantas. 
El agua tiene una constante dieléctrica relativamente elevada (78,5 a 298 K) y las moléculas de 
sustancias con carga eléctrica se disocian fácilmente en ella. Puede disociarse espontáneamente en 
iones hidronio (H3O
+
)
 
y oxidrilos (OH
-
). La constante de disociación Kw es muy baja: 10
−14 
a 25 °C. El pH 
del agua pura es 7, porque los iones hidronios y oxidrilos se encuentran en la misma concentración. 
Debido a las bajas concentraciones de estos iones, el pH del agua varía bruscamente si se disuelven en 
ella ácidos o bases y se comporta como un aislante eléctrico en estado puro, 
El Agua en la Industria 
La industria precisa el agua para múltiples aplicaciones, como pueden ser para calentar y enfriar 
intercambiadores de calor, para producir vapor de agua en turbinas de vapor o como disolvente, como 
materia prima o para limpiar. Después de su uso, la mayor parte se elimina devolviéndola nuevamente a 
la naturaleza. A veces se tratan los efluentes, pero otras veces el agua residual industrial contamina con 
metales pesados, sustancias químicas o materia orgánica y vuelve al ciclo del agua sin un tratamiento 
adecuado, lo que repercute negativamente en la calidad del agua y en el medio ambiente acuático. 
También se puede producir una contaminación indirecta: por medio de residuos sólidos que contienen 
agua contaminada u otros líquidos, que se filtran en el terreno y contaminan acuíferos si no se aíslan 
adecuadamente. También se da contaminación térmica por la descarga de agua usada como 
refrigerante. 
El agua también es utilizada para la generación de energía eléctrica. Este tipo de energía es de bajo 
costo, no produce contaminación, y es renovable, aunque la construcción de embalses tiene un impacto 
ambiental. 
En la industria nuclear, el agua puede ser usada como moderador nuclear. En un reactor a presión el 
agua actúa como refrigerante y moderador. Esto aumenta la eficacia del sistema de seguridad pasivo de 
la central nuclear, ya que el agua ralentiza la reacción nuclear, manteniendo la reacción en cadena. 
Agua Potable (o agua corriente): 
Es apta para bebida y uso doméstico. No es agua pura, pero las impurezas contenidas son 
relativamente pocas y en baja concentración. 
Como no deben sobrepasar valores prefijados, se establecen requisitos de potabilidad: 
1) Ser límpida, sin olor ni color, fresca y con sabor suave y agradable. 
2) Contener aire disuelto, sino resulta indigesta. En los buques se destila o desioniza el agua de 
mar para hacerla potable, pero es necesario airearla mediante una agitación antes de 
servirla. 
3) Contener sales disueltas. Los higienistas dan un límite al residuo fijo de las aguas, en general 
no debe exceder de 2 g/L de residuos secos a 105-110º C. 
4) Cocer las legumbres y disolver el jabón sin formar grumos, es decir, que las proporciones de 
sales de Ca y Mg no deben pasar de ciertos límites. Cantidades excesivas de estas sales dan 
con las proteínas vegetales una combinación insoluble que impide la penetración del agua al 
interior de los granos. Dicha sales precipitan con los ácidos grasos del jabón (lo cortan), 
impidiéndole formar espuma. 
5) Contener una ínfima cantidad de materia orgánica y no contener una proporción sensible de 
nitratos, cuya existencia indica unacontaminación con sustancias animales y vegetales en 
descomposición. 
6) Contener sólo muy pocos microorganismos (gérmenes) y ninguno patógeno, vale decir, 
productor de enfermedades. La presencia de gérmenes de las enfermedades hídricas de 
cólera, de la fiebre tifoidea y paratifoidea, de la colibacilosis, etc., es suficiente para rechazar 
un agua. 
 
https://es.wikipedia.org/wiki/Intercambiador_de_calor
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Aguas duras Se dice que una cierta agua es "dura" cuando “corta” el jabón (no se produce espuma) por 
precipitación de sales de calcio y magnesio, y cuece mal las legumbres. Estas propiedades dependen 
casi exclusivamente de las sales de calcio y magnesio presentes en el agua, que pueden ser: 
Fórmula química Solubilidad (g/100 g H20) A 10 ºC 
CaSO4 . 2H2O 0.193 
MgSO4 29.7 
CaCl2 65.0 
MgCO3 0.129 
MgCl2 53.5 
Mg(HCO3)2 variable según la presión parcial de CO2 
Ca(HCO3)2 variable según la presión parcial de CO2 
Ca(NO3)2 53.6 
 
Es importante eliminar estas sales en aquellas aguas que las contienen en concentraciones muy 
altas. Así, en el agua para consumo humano se admite una dureza total de 100 ppm expresada en 
CaCO3. Se expresa en CaCO3, pero esa sal no se encuentra presente, es una forma de expresar 
resultados, no la sustancia real que produce la dureza. 
En las aguas utilizadas en la industria es importante corregir la dureza ya sea porque el agua se 
usa en algún proceso de elaboración que no admite estas sales o bien porque se usa para la 
alimentación de calderas. 
Las aguas que no han sido tratadas, producen incrustaciones salinas en el tubo de vapor de la 
caldera. Estas incrustaciones forman una capa aislante y el intercambio de calor entre el hogar de la 
caldera y el tubo es pobre, por lo que el rendimiento de combustible usado baja en forma considerable. 
Además el resquebrajamiento de las incrustaciones formadas puede originar explosiones, ya que 
el agua de alimentación se pone en contacto directo con los tubos sobrecalentados, y se evapora 
bruscamente originando un aumento rápido e incontrolable de la presión de la caldera.- 
TIPOS DE DUREZA.: En la técnica del tratamiento del agua se diferencian dos tipos de dureza: 
1. temporaria o carbonatada; 
2. permanente o no carbonatada. 
1).-Dureza Temporaria: se origina por los carbonatos ácidos de Ca y Mg disueltos en el agua. Estos se 
descomponen por acción del calor y se transforman en carbonatos, de manera que el agua pierde la 
dureza al ser calentada a ebullición. Las ecuaciones de descomposición son: 
Ca(HCO3)2 (ac) + calor  CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l) 
Mg(HCO3)2 (ac) + calor  MgCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l) 
También puede eliminarse por el agregado de Ca(OH)2 (Proceso Clark): 
Ca(HCO3)2 (ac) + Ca(OH)2 (s)  2 CaCO3 (s) + 2 H2O(l) 
2).-Dureza Permanente: se origina por la presencia de sulfatos, cloruros y nitratos de calcio y magnesio 
disueltos en el agua. Puede eliminarse junto con la dureza temporal mediante la adición de Na2CO3 o por 
procesos de intercambio iónico. 
 a) Adición de Na2CO3: considerando el equilibrio de solubilidad de los carbonatos de calcio y 
magnesio, se favorece la precipitación de los mismos por el agregado de una sal que contenga un ión 
común, para ello se agrega una solución de Na2CO3 (que aporta iones CO3
2–
): 
Ca
2+
(ac) + CO3
2–
(ac)  CaCO3(s) 
Mg
2+
(ac) + CO3
2–
(ac)  MgCO3(s) 
 b) Procesos de intercambio iónico: en este proceso se usa comúnmente Permutita 
(alúminosilicato de sodio) insoluble en agua. Cuando por este material pasa una corriente lenta de agua 
dura, los iones calcio y magnesio se intercambian con los iones sodio de la Permutita (PER): 
Ca
2+
(ac) + 2 Na-PER (s)  Ca-(PER)2(s) + 2 Na
+
 (ac) 
Mg
2+
(ac) + 2 Na-PER (s)  Mg-(PER)2(s) + 2 Na
+
 (ac) 
 
 
 
 
 
 
 
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OXIDOS 
 
Los óxidos se clasifican según diferentes criterios 
 
• Según el número de oxidación del oxígeno 
Óxidos -2 
Peróxidos -1 
Superóxidos -1/2 
 
• Según el tipo de unión interatómica 
 Iónicos y Covalentes 
 
• Según las propiedades acido base 
 Básicos 
 Ácidos 
 Anfóteros 
 Neutros 
 
 
 
Peroxido de hidrogeno 
La molécula del agua oxigenada es polar y está formada por 2 átomos de hidrógeno y 2 de 
oxígeno, pero tiene propiedades diferentes a la del agua, de hecho es un potente agente oxidante. 
Es relativamente estable a temperatura ambiente, pero se descompone con facilidad en oxígeno 
y agua por calentamiento y por exposición a la luz solar, por lo que debe conservarse en envases 
opacos. Además, numerosas sustancias actúan como catalizadores de su descomposición, entre otras: 
metales de transición, álcalis, y óxidos metálicos. 
 
 Diagrama de Latimer ( medio ácido) 
 0,70 V 1,76 V 
 O2 ———H2O2 ———H2O 
 
 
PARTE EXPERIMENTAL 
1- Lea atentamente la introducción teórica de esta guía 
2- Observe detenidamente los videos dé cada experiencia antes de responder el 
cuestionario 
 
 
A. Acción del jabón en el agua y en aguas duras. 
Video A 
https://drive.google.com/file/d/1vlHJNw1aMJ6BV8wgcC49iGZxfbonJKkR/view?usp=sharing 
En base a la experiencia del el video A responda 
1) En cuál de los dos casos observados se corta el jabón? Por qué? 
2) Prediga el comportamiento de las siguientes soluciones acuosas (Ver tabla1) por agregado de 
una suspensión de jabón. ¿Cuáles son las especies químicas causantes de la dureza? 
 3) ¿Qué reactivo utilizaría para eliminar la dureza temporal, y cuál para la permanente? 
 4) ¿Qué es la dureza total y cómo la eliminaría? 
Tabla 1 
 ¿Formara espuma ? Especies químicas causantes de la dureza 
Solución acuosa de NaCl 0,1M 
Solución acuosa de Na2SO4 0,1M 
Solución acuosa de CaCl2 0,1M 
Solución acuosa de NaHCO3 0,1M 
Solución acuosa de CaSO4 0,1M 
https://drive.google.com/file/d/1vlHJNw1aMJ6BV8wgcC49iGZxfbonJKkR/view?usp=sharing
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B) Obtención de oxigeno gaseoso por descomposición de peróxido de hidrogeno. 
Video B 
https://drive.google.com/file/d/1AywvywbUyweLwweyegq6Ky2v-B3TVh2f/view?usp=sharing 
Observe atentamente el video B y responda 
 
1- Escriba la reacción de obtención de oxígeno a partir de la descomposición de peróxido de hidrogeno2- 
2- a) Por qué es necesario agregar MnO2? b) Que función cumple? c) Como se comprueba (en el video ) 
que el gas obtenido es O2? 
3-Usando el diagrama de Latimer del H2O2 explique la experiencia del video B 
4.- Por qué el peróxido de hidrogeno se usa como desinfectante de heridas. ¿Quienes actúan como 
catalizadores en ese caso? 
5- El peróxido de hidrogeno se conservan en envases de plásticos y opacos. ¿Por qué? 
 
 
 C) Reacciones químicas de un oxido anfótero 
 Video C 
https://drive.google.com/file/d/1YCJk9yimmLASOEmzk4rzrhTvCsprZL0W/view?usp=sharing 
 
Observe el video C, responda 
 
1- Escriba las ecuaciones químicas de las dos experiencias observadas en el video. 
2- Si el instructor hubiese usado oxido de calcio en vez de óxido de cinc, que hubiera ocurrido? 
Escriba la o las reacciones correspondientes. 
3- Clasifique al peróxido de hidrogeno, oxido de calcio y óxido de cinc según todos los criterios 
estudiados. 
 
 
Cuestionario Adicional 
1 Cuál de los siguientes reactivos elimina la dureza temporaria 
A KOH C Ca(OH)2 
B Na2 CO3 D O2 
 
2 Cuales de los siguientes especies no está presente en un agua dura 
A Mg(HCO3)2 C CaCl2 
B Mg SO4 D CaCO3 
 
 3 Cuál de las siguientes reacciones produce oxigeno gaseoso 
 
A MgO + H2O C Calentamiento de KClO3 
B Zn + HCl D H2SO4+ Al2O3 
 
4Cuál de los siguientes reacciones no es posible 
A MgO + HCl C Ga2O3 + NaOH 
B Ga2O3 + HCl D Na2O + NaOH 
 
https://drive.google.com/file/d/1AywvywbUyweLwweyegq6Ky2v-B3TVh2f/view?usp=sharing
https://drive.google.com/file/d/1YCJk9yimmLASOEmzk4rzrhTvCsprZL0W/view?usp=sharing