¿Se formará un precipitado? - Energía libre de Gibbs

Hola Colegas!

Llega un momento en termodinámica en el cual podemos elegir ir un poco más allá y complementar la química de segundo medio, o podemos elegir quedarnos con el programa. La actividad que les dejo hoy es para complementar el programa, si bien no estarán agregando contenido nuevo, si estarán haciendo un link al conocimiento que nuestros estudiantes deberían tener, de manera que vean como los distintos contenidos se relacionan.

Para esto, veremos como se relaciona la solubilidad con la energía libre de Gibbs, muchas veces algunos contenidos de química se explican de manera superficial ya que nuestros estudiantes no tienen toda la información, y eso pasa con solubilidad, saben que algunos compuestos van a precipitar, y saben que esto depende de los iones que se unen, pero no entienden la química que hay detrás, o como se ve en una reacción, pero es posible determinarlo con la energía libre de Gibbs.

Primero debemos recordarles que la energía libre de Gibbs es la energía disponible para realizar un trabajo y que esta energía nos permite establecer si una reacción será espontánea o no espontánea dependiendo de su valor, y su variación es igual al máximo trabajo que puede realizar el sistema con el entorno a una temperatura y presión dada cuando el proceso es espontáneo, por lo que es posible saber si una reacción ocurrirá tal y como lo esperamos, incluso pudiendo establecer el estado de agregación de los productos.

Por lo anterior y tomando en cuenta que ya que existen los valores de formación para iones, podemos establecer si un compuesto formado por iones en solución acuosa formarán un producto sólido, es decir, si podría formarse un precipitado.

Para poder realizar este práctico que dura 45 minutos se necesita por grupo dos tubos precipitados, una gradilla y una tabla de las energías libres de Gibbs que les dejo en el link. Y por clase necesitan una solución 1 M de NaI, una solución 1 M de KNO3, dos vasos precipitados y dos probetas de 5 o 10 mL, o dos goteros.

Laboratorio.

1. Para empezar se les pregunta a los estudiantes como se determinan los productos en una reacción (se hace un pequeño repaso de las reacciones de desplazamiento doble).

2. Se les pide que establezcan cuales son los productos que se forman entre el Yoduro de Sodio (NaI) y el Nitrato de Potasio (KNO3).

3. Usando la tabla se les pide que determinen si alguno de los productos podría precipitar (se hace un pequeño recordatorio sobre lo que es un precipitado, se enlaza con los sólidos), utilizando la energía libre de Gibbs para saberlo.

4. Una vez hecho los calculos se les pide que lo determinen de manera experimental, para esto se les pide que tomen una muestra de 5 mL de cada reactivo y lo traspasen al tubo de ensayo respectivo para luego juntarlos en un solo tubo.

5. Se les deja un par de minutos para ver si se forma un precipitado.

Una vez que pasa un par de minutos se refuerza el concepto de espontáneo y su diferencia con instantáneo, y para revisarlo les preguntamos cuanto tiempo es suficiente para saber si no se formará un precipitado.

Una vez que consideren es suficiente se puede hacer la relación entre los calculos y lo que observan en el tubo, para luego hacer alguna o todas estas preguntas:

- Si no se tiene la concentración 1M en los reactivos, podríamos esperar los mismos resultados?

- De qué dependería el estado de la materia de los productos?

- Qué variación de la energía libre debería existir en la formación de un producto para que precipite?

- Si cambio la temperatura, puedo formar un producto acuoso cuando debería precipitar? por qué?

Si bien no es un práctico contextualizado, si les permite a los estudiantes realizar conexiones por las cuales yo considero vale la pena parar un poco antes de revisar la energía libre de Gibbs según la entalpía y entropía. Espero que sea una instancia de enriquecimiento para sus estudiantes y les ayude a comprender de mejor manera este contenido tan abstracto.

Ojalá les sirva, nos leemos!