INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACÁN
INGENIERÍA EN COMPUTACIÓN ASIGNATURA: LABORATORIO DE QUÍMICA
PRACTICA 1
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Elaborada por: Rocha Zamudio Carlos Roberto Sánchez Monter Fernando Santos Rodríguez Eduardo Eduardo Zamarrón Muñoz
Fecha de Entrega jueves, 29 de agosto de 2013
GENERALIDADES Gran parte del conocimiento actual sobre la estructura electrónica de los átomos provino del análisis de la luz que emiten o absorben las sustancias, dicha luz forma parte de las radiaciones electromagnéticas así como las ondas de radio, la radiación infrarroja y los rayos. De acuerdo con la teoría de Planck, la materia puede emitir o absorber energía solo en múltiplos enteros de h□, por lo cual se establece que la energía esta cuantizada.
En 1913, el físico Danés Niels Bohr ofreció una explicación teórica sobre los espectros de líneas en función del átomo de hidrogeno, en el que describa al electrón girando alrededor de su núcleo en orbitas circulares. Esto sugiere que los electrones solo pueden ocupar ciertas orbitas discretas y que estos absorben o emiten energía en cantidades definidas conforme se desplazan de una órbita a otra. Por lo tanto, cada orbita corresponde a un nivel de energía definido del electrón y cuando un electrón pasa de un estado de baja energía a uno de alta, este absorbe una cantidad definida (o cuantizada) de energía. Cuando un electrón regresa al nivel energético original emite exactamente la misma cantidad de energía que absorbió al ir del nivel bajo de energía al de mayor energía. El átomo excitado puede deshacerse de este exceso de energía emitiendo luz de una frecuencia específica, a menudo en la región visible. En los fuegos artificiales la energía necesaria para excitar a los electrones viene de la reacción entre el oxidante y el combustible. Los colores amarillos delos fuegos artificiales se deben a la emisión de radiación de longitud de onda de 589nm de los átomos de sodio. Los colores rojos vienen de las sales de estroncio que emiten en los 606 nm y entre los 636 nm a los 688 nm. Este color rojo es el de las llamas de seguridad que se encienden, en ocasiones en las autopistas. Las sales de bario dan un color verde en los fuegos artificiales que se deben a una serie de líneas de emisión entre los 505 y 535 nm, sin embargo un buen color azul es difícil de obtener. Las sales de cobre dan color que emiten en la región entre los 420 y 460 nm Usando un elemento absorbe suficiente energía, de una flama; o un arco eléctrico, por ejemplo, emite energía radiante a lo que se llama espectro de llama, aunque cualquier elemento puede calentarse hasta la incandescencia, algunos solo tienen que calentarse en la flama de un mechero de Bunsen para que emitan una luz de color característico. Algunos de estos elementos son el potasio, el sodio, el calcio y el estroncio. Uno de los métodos más convenientes para identificar estos elementos consiste en tomar una muestra del compuesto en estado sólido con ayuda de un alambre de nicromo y llevarla directamente a la flama del mechero, en la cual se producirá el color (espectro) característico del elemento presente.
MATERIALES
Asa de micronio Cerillos Mechero de bunsen Recipientes transparentes
REACTIVOS
Litio Bario Calcio estaño Sodio Cobre Cobalto Cromo Ácido clorhídrico
Borato de sodio (bórax)
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO A LA FLAMA 1.- Encienda el mechero de Bunsen y regule la entrada de aire con ayuda del collarín hasta obtener una flama de color azul homogénea.
2.- Limpie el alambre de nicromio, sumergiéndolo en la solución de HCL y acérquelo al borde de la flama del mechero de Bunsen hasta que esté completamente limpio.
Nota: En cada mesa hay un vaso de precipitados que contiene la muestra sólida del compuesto con el catión a identificar.
3.- Con el alambre de nicromio, limpio y humedecido con el HCL, tome la muestra y llévela a la zona más caliente de la flama.
4. Observe la coloración producida por el catión y anótela en la tabla de resultados.
5.-Identifiqué el catión presente en la muestra, contrastando sus observaciones con lo reportado en la tabla 1 y en la bibliografía.
PROCEDIMIENTO DE LA PERLA DE BÓRAX 1.- Prepare un mechero de Bunsen y su alambre de nicromio como lo indicado en el punto 1 y2 del método anterior.
2.- Tome una pequeña cantidad de bórax con la punta del alambre de nicromio llévela a la flama en la zona más caliente. Gire el alambre hasta que el bórax se funda y se forme una perla cristalina.
3.- Una vez formada la perla, sumérgela en la solución de cloruro y llévela a la zona oxidante de la flama del mechero hasta el rojo vivo. Desprenda la perla con un golpe firme dentro de la caja de Petri. Repita el mismo procedimiento en la zona reductora de la flama.
TABLA DE DATOS Tabla del ensayo a la flama Muestra
Flama Oxidante
Flama Reductora
Nombre del catión
1
Rojo Carmín
Rojo Carmín
Litio
2
Rojizo
Esmeralda
Bario
3
Naranja
Naranja
Calcio
4
Violeta
Violeta
Estaño
5
Amarillo
Amarillo
Sodio
6
Azul verdoso
Verde azulado
Cobre
Tabla de las perlas de bórax Muestra
Color de perla Flama Oxidante
Color de perla Flama Reductora
Nombre del Catión
1 2 3 4 5 6
Cobalto Cromo Estaño Bario Cobre Litio
CUESTIONARIO 1. Indique a que grupo pertenecen los elementos que identificó en el ensayo a la flama y en el ensayo de la perla de bórax. Ensayo de la Flama:
a. b. c. d. e. f.
Litio (Li) Bario (Ba) Calcio (Ca) Estaño (Sn) Sodio (Na) Cobre (Cu)
Ensayo de la perla de bórax:
Grupo IA Grupo IIA Grupo IIA Grupo IVA Grupo IA Grupo IB
1) 2) 3) 4) 5) 6)
Cobalto (Co) Cromo (Cr) Estaño (Sn) Bario (Ba) Cobre (Cu) Litio (Li)
Grupo VIIIB Grupo VIB Grupo IVA Grupo IIA Grupo IB Grupo IA
2. Indique tres características físicas y tres químicas que presentan los elementos analizados Bario (Ba) Metal alcalinotérreo buen conductor de calor, electricidad, blanco y brillante. Físicas Masa Atómica: 137 (137.34) g/mol Punto de Ebullición: 1140 ºC Punto de Fusión: 850 ºC Químicas: Valencia: 2 Estado de Oxidación: +2 Electronegatividad: 0,9
Calcio (Ca) Metal alcalinotérreo buen conductor de calor, electricidad, blanco y brillante. Físicas Masa Atómica: 40 (40.08) g/mol Punto de Ebullición: 1230 ºC Punto de Fusión: 810 ºC Químicas: Valencia: 2 Estado de Oxidación: +2 Electronegatividad: 1,9
Sodio (Na) Metal alcalino de color blanco, brillante y muy activo. Físicas Masa Atómica: 23 (22.989) g/mol Punto de Ebullición: 892 ºC Punto de Fusión: 97.8 ºC Químicas: Valencia: 1 Estado de Oxidación: +1 Electronegatividad: 0,8
Litio (Li) Metal alcalino de color blanco, brillante y muy activo. Físicas: Masa Atómica: 7 (6.939) g/mol Punto de Ebullición: 1330 ºC Punto de Fusión: 186 ºC Químicas: Valencia: 1 Estado de Oxidación: +1 Electronegatividad: 1,0
Cobre (Cu) Metal de transición no atraído por campos magnéticos; dúctil y maleable.
Físicas Masa Atómica: 64 (63.57) g/mol Punto de Ebullición: 2300 ºC Punto de Fusión: 1083 ºC
Químicas: Valencia: 2,1 Estado de Oxidación: +2 Electronegatividad: 1,9
Cobalto (Co) Metal de transición dúctil, maleable y tenaz. Físicas Masa Atómica: 59 (58.933) g/mol Punto de Ebullición: 2900 ºC Punto de Fusión: 1480 ºC Químicas: Valencia: 2,3 Estado de Oxidación: +3 Electronegatividad: 1,8
Cromo (Cr) Metal de transición débilmente atraído por campos magnéticos; maleable y tenaz. Físicas Masa Atómica: 52 (51.966) g/mol Punto de Ebullición: 2200 ºC Punto de Fusión: 1615 ºC Químicas: Valencia: 6, 3, 2 Estado de Oxidación: +3 Electronegatividad: 1,6
Estaño (Sn) Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. Físicas 3 Densidad: 7365 kg/m Punto de fusión: 505,08 K (232 °C) Punto de ebullición: 2875 K (2602 °C) Químicas Número atómico: 50 Valencia: 2,4 Estado de oxidación: +4
3. Escriba la configuración electrónica de los cationes identificados. Elemento Litio Bario Calcio Estaño Sodio Cobre Cobalto Cromo
Configuración electrónica 2 1 1s 2s 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 1s2, 2s , 2p , 3s , 3p , 4s 2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 2 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 1 s 2 s 2p 3s 1s2 2s 2p 3s 3p 4s 3d 2 2 6 2 6 2 7 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s²
4. Explique a que se debe que la mayoría de los elementos presenten diferente coloración tanto a la flama como en la perla de bórax. Los elementos tienen diferentes características entre sí aunque en algunas ocasiones pertenezcan al mismo grupo o familia. Factores como la colocación de la perla en las diferentes zonas del mechero, el tiempo de exposición y la exposición de los compuestos a diferentes sustancias son lo que hacen variar su coloración. 5. Investigue el principio de funcionamiento mediante el cual l os diodos emiten luz de diferentes colores. El principio de funcionamiento de los diodos consiste en que los mat eriales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía, está energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y fase aleatoria.
OBSERVACIONES
En la flama numero 2 tuvimos dificultades para observar de qué color era esta pues estaba muy contaminada previamente, además en la perla de litio en principio no nos fue posible retirarla debido a que no estaba calentada al rojo vivo.
CONCLUSIONES
De acuerdo a lo realizado en la práctica, observamos físicamente que la acción de la llama, sobre distintos tipos de compuestos, nos da como resultado una tonalidad diferente respecto al catión de la sustancia. Lo mismo sucedió en las perlas de bórax, adquirieron diferente color en base a las sustancias que se combinaron con el bórax.
