#2.2 Introducción Experimental al Sistema Periódico

ÍNDICE

1. 2. 3. 4. 5.

Introducción Objetivos Principios Teóricos Materiales y Reactivos Procedimiento experimental 5.1. Familia de los metales Alcalinos. Grupo IA. 5.2. Familia de los metales Alcalinos Térreos. Grupo IIA. 5.3. Familia de los Halógenos. Grupo VIIA. 6. Recomendaciones 7. Bibliografía 8. Cuestionario

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INTRODUCCIÓN En el desarrollo profesional de un Ing. Industrial, no se sabe exactamente en en qué área del saber humano se va a desempeñar, ya que todo Ing. industrial está en las condiciones de desempeñarse en múltiples áreas, y una de ellas es el sector químico, químico, por lo cual un Ing. Industrial debe poseer las herramientas necesarias para desenvolverse de la manera más efectiva posible. Una de las herramientas indispensables para un Ing. Industrial es el conocimiento sobre tabla periódica, y no me refiero al simple hecho de memorizar fórmulas o conceptos teóricos, que son muy importantes, pues en el desarrollo profesional uno no se enfrenta a simples preguntas que va resolver con lápiz y papel. El conocimiento de la tabla periódica implica el conocimiento de las propiedades químicas y físicas de los elementos, aunque no específicamente de cada uno de los tantos existentes pero sí características generales y tendencias que puedan ayudar al Ing. industrial en su labor científica o de producción. Es por ello que en el presente informe, trataremos de introducirnos al sistema periódico de los elementos, el cual está representado por la tabla periódica, cuya estructura está ordenada según un patrón determinado que es el número atómico. Además cabe destacar destacar que la tabla periódica está compuesta por grupos y periodos los cuales agrupan y diferencian a los elementos, tanto en propiedades físicas como químicas, pero tenemos que resaltar que este ordenamiento, no aleatorio, es decir que alguien de la nada lo haya inventado sin ningún fundamento lógico, es fruto de un incalculable esfuerzo de personas dedicadas al conocimiento de la propiedades de la materia.











OBJETIVOS y y y

Estudiar las propiedades periódicas de los elementos. Observar en formas cualitativas las propiedades. Ensayar y observar reacciones y cambios químicos de los elementos de los grupos IA, IIA, VIIA.

PRINCIPIOS TEÓRICOS La tabla periódica: Está formada por los elementos, los que están ordenados en función creciente de números atómicos, generando filas y columnas, cuyas propiedades de los elementos depende de este ordenamiento. Las variaciones periódicas de las propiedades de los átomos de los elementos, se manifiesta a través de la configuración electrónica, del tamaño atómico, energía de ionización, electronegatividad y afinidad electrónica. Mientras que propiedades como la acidez y solubilidad de los compuestos a través de un periodo o grupo de la tabla periódica se analizan en función a otros factores que dependen a su vez de propiedades simples.

Metales Alcalinos: Los metales alcalinos son sólidos metálicos blandos. Todos tienen propiedades metálicas características como brillo metálico plateado y alta conductividad térmica y eléctrica. El nombre alcalino proviene de la palabra árabe que significa significa ceniza ya que muchos muchos de los compuestos del sodio y el potasio, metales alcalinos, fueron aislados a partir de cenizas de la madera por los primeros científicos. De entre los metales alcalinos los que más destacan son el sodio y el potasio pues son los que son los relativamente más abundantes en la corteza terrestre, en nuestro mar y nuestros sistemas biológicos. Todos tenemos iones sodio en nuestro cuerpo. Sin embargo, ingerir demasiado sodio puede generar un aumento en la presión sanguínea. El Potasio Potasio también es predominante predominante en nuestro organismo; una persona de 40 libras contiene exactamente aproximadamente 130g de potasio en forma de iones K + en los fluidos intracelulares. Pero nosotros no somos los únicos que los necesitamos ya que las plantas también necesitan del potasio para crecer y desarrollarse(es











atómico, la disminución en la energía de ionización. En cada periodo los alcalinos tienen menor energía de ionización, lo que revela la relativa facilidad con la que pueden desprenderse de su electrón externo s¹. Como resultado los metales alcalinos alcalinos son muy reactivos reactivos ya que pierden con con facilidad un electrón para formar iones con carga 1+. Los metales alcalinos solo se presentan en la naturaleza como compuestos. Estos se combinan directamente con la mayoría de los no metales. Ejm.:

2M(s) + H2 (g) 2M(s) + S(s)

2MH(s)

M2S(s)

Donde el símbolo M representa al metal alcalino. En primer caso se produce un hidruro metálico donde el hidrógeno actuó como H-1, (ion hidruro).Este ión, el cual se forma cuando el átomo de hidrógeno gana un electrón y el segundo caso es la l a formación de un sulfuro. Otra reacción muy importante es la reacción con el agua para formar hidróxidos y gas de hidrógeno:

2M(s) + 2H2O(ac)

2MOH (ac) + H2(g) + Q

Esta reacción es muy exotérmica, y en muchos casos se genera el suficiente calor como para encender al hidrógeno y producir fuego. fuego. Además esta reacción es más violenta violenta en caso de los elementos más pesados Una reacción que no se nos debe olvidar es la con respecto al oxigeno gaseoso (O 2), que por lo general forman óxidos metálicos:

M(s) +O2(g)

M2O(s)

Que luego cuando se disuelven en agua formaran hidróxidos del respectivo metal. Aunque en otro caso también con la reacción con el oxigeno se puede formar un peróxido de esta manera:

M(s) +O2(g)

M2O2(s) + H2(g)

Los metales Alcalinotérreos: Al igual que lo metales alcalinos, los metales del grupo IIA de la tabla son sólidos a temperatura ambiente y tienen propiedades metálicas típicas, a comparación con los metales alcalinos, los











disminuye al movernos en la tabla periódica de izquierda derecha y aumenta cuando descendemos en el grupo. Por lo tanto, el berilio y el magnesio, los miembros más ligeros de los metales alcalino térreos, son los menos reactivos. La tendencia de reactividad creciente dentro del grupo se manifiesta por la forma en que los metales alcalinotérreos se comportan en presencia del agua. El berilio no reacciona con el agua ni con el vapor de agua, ni siquiera cuando se le calienta al rojo vivo. El magnesio reacciona lentamente con el agua líquida y más fácilmente con el vapor de agua para formar oxido de magnesio e hidrógeno de la siguiente manera:

Mg(s) +H2O2(g)

MgO(s)

El calcio y los elementos que se encuentran debajo de él, reaccionan fácilmente con el agua a temperatura ambiente (aunque más lento que los metales alcalinos inmediatos a ellos en la tabla). Por Ejemplo, la reacción entre el calcio y el agua ag ua es la siguiente: s iguiente:

Ca(s) + 2H2O (ac)

Ca(OH)2(ac) + H2(g)

Las dos reaciones anteriormente mencionadas muestran el patrón dominante en la reactividad de los alcalinoterreos; tiende a perder sus dos electrones de valencia para formar iones 2+. Por ejemplo, el magnesio reacciona con el cloro a temperatura ambientepara formar MgC 2 y arde en el aire con un brillo deslumbrantepara producir MgO:

Mg(s) +C2(g) MgC2 (s) +O2(g)

MgC2 (s) MgO(s)

Los metales alcalinotérreos más pesados (Ca, Sr y Ba) son más reactivos que el magnesio con los no metales. Los iones alcalinotérreos más pesados emiten colores característicos en una flama de alta temperatura. Por ejemplo, la flama producida por el calcio es de color rojo ladrillo, l adrillo, del estroncio es rojo carmesí y del bario, verde. Las sales del estroncio producen el color brillante de los fuegos artificiales y las sales de bario el color verde. Tanto el magnesio como el calcio son esenciales para los organismos de los seres vivos. Por ejemplo el calcio es muy importante para el crecimiento y m antenimiento de los huesos y dientes.

Los Halógenos:











A diferencia de los elementos de grupo VIA, los halógenos no son elementos no metálicos típicos. Sus puntos de fusión y ebullición se incrementan con el aumento del número atómico. El Flúor y el Cloro son gases a temperatura ambiente, el Bromo es un líquido y el yodo es sólido. Cada elemento está constituido por moléculas diatómicas: F 2, C2, Br2, I2. El flúor gaseoso es amarillo pálido, el cloro es amarillo verdoso, el bromo líquido es café rojizo y forma con facilidad un vapor café rojizo y el yodo solido es negro negr o grisáceo y forma con c on facilidad un vapor violeta. Los halógenos tienen afinidades electrónicas altamente negativas y no es de sorprenderse que la química de los halógenos este dominada por su tendencia a ganar electrones de otros elementos para formar iones halogenuros X- (en muchas de las ecuaciones se utiliza el símbolo X para indicar cualquier elemento halógeno). halógeno). El flúor y cloro son más reactivos que el bromo y el yodo. De hecho el flúor es capaz de eliminar los electrones de cualquier sustancia que entra en contacto, incluso con el agua y por lo general lo hace de forma exotérmica, como lo podemos observar:

H2O(g) + F2(g) SiO2(g) + 2F2(g)

HF(ac) + O2 (g) + Q SiF4 (ac) + O2 (g) + Q

Como resultado el flúor gaseoso es peligroso y difícil de utilizar en el laboratorio, por lo que se requiere de un equipo especial. El cloro es el halógeno más útil en la industria. Por ejemplo en el 2005, La producción total fue de 22 mil millones delibras, lo que la hace la octava sustancia química mas producida en los Estados Unidos. A diferencia que el flúor, el cloro reacciona con el agua de una manera lenta para formar disoluciones acuosas relativamente estables de HC y HCO.

C2(g) + H2O(g)

HC (ac) + HCO(ac)

Con frecuencia al cloro se le agrega al agua potable y a las albercas en donde el HCO(ac) que se genera sirve como desinfectante. Los halógenos reaccionan con los no metales para formar halogenuros iónicos. Los halogenuros también reaccionan con el hidrogeno gaseoso:

H2(g) + X2

2HX(g)

Estos compuestos son muy solubles en agua y se disuelven para formar los ácidos halogenhídricos. Ejm: HC(ac), HBr(ac), HI(ac),y HF(ac).













MATERIALES Y REACTIVOS 4.2.

Materiales: y y y y y y y y y y y

4.3.

Gradillas. Vaso de 150 mL. Tubos de ensayo (1,2 x 10 cm). Espátula. Pinza de metal. Plancha de vidrio. Luna de reloj. Goteros. Pisceta. Bagueta. Probeta.

Reactivos: y

Sólidos:  

y

Sodio (Na) Potasio (K)

Soluciones de:    

Agua de cloro y agua de bromo. NaF, NaC, Kbr, KI, MgC, CaC, SrC, BaC, 0,1 M. AgNO al 1%, NH(ac) 7M, HSO al 10%. NaOH 5M y HC 5M, solución del indicador i ndicador de fenolftaleína. (solución de almidón al 1%).











Gradilla y tubos de ensayo

Espátula











Sodio

Potasio











PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DISCUSIÓN 5.1. Familia de los metales alcalinos. Grupo IA A) Propiedades físicas 

Litio (Li):

Procedimiento realizado

1. Sobre una plancha de vidrio colocamos una pequeña muestra de metal

Observación de la experiencia e xperiencia y

Se observa que el litio posee un color gris oscuro, con apariencia rocosa y un brillo característico de los metales, estado solido

2. Cortamos con una espátula un pequeño trozo de litio

y

Se observa observa que al ser cortado cortado el litio con la espátula ofrece una ligera resistencia resistencia..



Sodio (Na):


1. Sobre una plancha de vidrio colocamos una pequeña muestra de metal.

Observación Observació n de la experiencia y

Se observa que el sodio posee un

color

además

blanco,

plateado,

de poseer el brillo

característico de los metales, estado solido

2. Cortamos con una espátula un pequeño trozo de litio.

y

Se observa que al ser cortado el sodio con la espátula ofrece menos

resistencia

comparación

con

a el

la litio











Discusión de resultados: Al observar cada una de las experiencias experiencias se nota un cambio cambio cuando el metal entra en contacto contacto con la atmósfera, la cual al poseer oxígeno reacciona con cada cada uno de ellos para forma óxidos de acuerdo con las siguientes ecuaciones químicas: 

Para el Litio:

4Li(s) + O2(g) 

Para el Sodio:

4Na(s) + O2(g) 

2Li2O(s)

2Na2O(s)

Para el Potasio:

4K(s) + O2(g)

2K2O(s)

Al cortar cada uno de los metales y comparamos que el grado de dureza va disminuyendo al aumentar el número atómico, es decir al bajar en los elementos del grupo IA, En el caso de de los tres elementos observados el grado de dureza varía así:

Li>Na>K Y en el grupo de esta manera: m anera:

(Donde el litio el más duro y el francio el más blando) blando)













B) Reactividad con el agua 

Sodio (Na)


1. En un vaso de 150ml, adicionamos aproximadamente 50ml de agua destilada, utilizando una espátula introducimos con cuidado un pequeño trozo de sodio por la pared del vaso,

Observación de la experiencia y

Observamos que el pequeño trozo de Sodio toma la forma de una pequeña esfera, posee un movimiento caótico y violento. Finalmente se desintegra para formar una solución homogénea; lo que ocurre en esta e sta parte del proceso es lo siguiente: El sodio elemental reacciona fácilmente con el agua de acuerdo con el siguiente mecanismo de reacción: 2Na(s) + 2H 2O

2NaOH (ac) + H 2 (g) + Q

Se forma una disolución incolora, que consiste en hidróxido de sodio (sosa cáustica) e hidrógeno gas. Se trata de una reacción exotérmica

2. Añadimos 2 gotas de fenolftaleína al

y

Al

añadir

fenolftaleína

al

vaso.













Potasio (K):


1. En un vaso de 150ml, adicionamos aproximadamente 50ml de agua destilada, utilizando una espátula introducimos con cuidado un pequeño trozo de potasio por la pared del vaso.

Observación de la experiencia e xperiencia y

Se observa que el pequeño trozo de potasio reacciona violentamente con el agua de manera casi instantánea, desprendiendo hidrógeno. La reacción es notablemente más violenta que la del sodio a demás de ser mucho más rápida y suficientemente exotérmica para que el gas hidrógeno arda con mayor intensidad. De acuerdo con el siguiente mecanismo de reacción: 2 K (s) (s) + 2 H 2O -> 2 KOH (ac) + H 2 (g)

2. Añadimos 2 gotas de fenolftaleína al vaso.

y

Al

añadir

fenolftaleína

al

vaso.

Observación que la solución adquiere un color oscuro llamado rojo grosella











Y la variación en el grupo IA sería la siguiente

Donde el litio es el menos reactivo y el cesio es el más reactivo El francio es radiactivo y aun no se ha estudiado a profundidad











5.2. Familia de los metales Alcalino Térreos. Grupo IIA A) Formación de sulfatos En 4 tubos de ensayo, adicionamos 10 gotas e las soluciones de MgCl2, CaCl2, SrCl2 y BaCl2 0,1M (respectivamente). Se observa: Cururo de magnesio (MgC2).

Cururo de calcio (CaC2)

Cururo de estroncio (SrC2)

Cururo de bario. (BaC2)

Incoloro

Incoloro

Incoloro

Incoloro

Se observa que al agregar las gotas de H 2SO4 a cada uno de los tubos de ensayo se forma una cantidad diferente de precitados en cada tubo de ensayo. Siendo las ecuaciones químicas las siguientes: 

Para el MgC2: MgC

+ H SO

MgSO

+ 2HC











Se observa una gran cantidad de precipitado, de color blanco, en comparación con las experiencias anteriores el cual también se deposita en el fondo del tubo de ensayo. Donde el precipitado es el sulfato de bario. (BaSO4)

Discusión de Resultados: Al observar cada una de las experiencias podemos llegar a la conclusión que existe una relación entre la cantidad de precipitado que se forma entre los diferentes tipos de sulfatos de metales alcalinotérreos que sería la siguiente

MgSO4 < MgSO4
Y una posible generalización sobre la precipitación de los sulfatos de los alcalinotérreos sería la siguiente:

(Donde sulfato de berilio seria el que menos precipita y el sulfato de bario es que mas precipita)























5.3. Familia de los Halógenos. Grupo VIIA A) Formación de los Haluros de Plata En 4 tubos de ensayo agregamos 10 gotas de soluciones de NaF, NaCl, KBr, y KI 0.1M respectivamente. Observamos lo siguiente:

Fluoruro de sodio (NaF).

Cloruro de sodio (NaC2)

Bromuro de Potasio (KBr)

Yoduro de potasio. (KI)

Incoloro

Incoloro

Incoloro

Amarillo aceitoso











Se observa observa que se obtiene obtiene una reacción de doble doble desplazamiento además, que que la solución adquiere una tonalidad de color amarillo verdoso, más espeso, además se puede apreciar la formación de precipitados.

Discusión de los resultados: r esultados: y

y

Dado que el compuesto que tenía al Flúor, halógeno del segundo periodo, precipitó poco, comparado con el que tenía al Iodo, halógeno del quinto quin to periodo, se colige que: A medida que se baja en período, la cantidad de precipitado aumenta. La coloración del Ioduro de Potasio (KI), se debe principalmente pri ncipalmente a la presencia de Iodo en dicho compuesto, este elemento es el que le da esa tonalidad. to nalidad.











Discusión de Resultados: Al observar las experiencias notamos que algunos haluros haluros si son solubles y otros no y esto se debe a que en el caso del cloruro cloruro de plata se disuelve disuelve con mayor facilidad debido debido al complejo muy estable que se forma según la reacción:

AgC(s) + 2 NH3(ac)

-

[Ag(NH3)2](ac) + C (ac)

C) Propiedad de Desplazamiento de los Halógenos En un tubo de ensayo colocamos 10 gotas de la solución solución de KBr 0,1M y añadimos 20 20 gotas de











Observamos que se obtiene un precipitado que se deposita en la parte inferior del tubo de ensayo de color anaranjado, es yodo en su forma solida que ha sido desplazada por el bromo. De acuerdo a la ecuación química:

2KI + Br 2

2KBr + I2(s)

Luego al mezclar la solución anterior con CC4 CC4 podemos observar que se forman dos dos fases una de color naranja (Inorgánica) y la otra de color rosado (Orgánica).























RECOMENDACIONES











BIBLIOGRAFIA 1. Raymond Chang











Cuestionario 1.

¿Por qué el color

del recipiente de vidrio en el que qu e se almacena el metal Alcalino? ¿Que

propiedades debe tener el liquido en el cual se encuentra sumergidos el metal? metal?

#2.2 Introducción Experimental al Sistema Periódico

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