FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA (FIQ-
Laboratorio de Química General I
JBNG
Estudio de la Llama y Ensayos a la Llama”
INTEGRANTES: Felipa Noles, Ángel Lama Huayja, Gerson Reyes Reynaldi, Junior Tanohuye Tanohuye, Takeshi PROFESORA: Reyna Mendoza, Gladys Enith GRUPO: 91G
Bellavista, 08 de Septiembre del 2010 La vida es breve; el arte, largo; la ocasión, fugaz; vacilante la experiencia, y el juicio difícil.
INTRODUCCIÓN En este trabajo damos a conocer los resultados y experimentos realizados en la práctica de laboratorio realizada. Además de incluir la teoría que rige las prácticas del laboratorio. Hemos detallado paso a paso cada uno de los procedimientos realizados para que de esta forma se pueda fácilmente ubicarse en los contenidos y comprender la explicación y la forma en que se van desarrollando cada una de las fases. Es para nosotros de gran importancia el hecho de realizar estas prácticas porque de esa manera seremos capaces de obtener un mejor aprendizaje de los conceptos estudiados en clase y así retener más fácilmente los conocimientos que vamos adquiriendo. Se ha tratado de ordenar este trabajo para llevar la secuencia de cada proceso realizado en el laboratorio. Deseamos que este reporte refleje claramente lo aprendido en la práctica de laboratorio y que se logre comprender con claridad y facilidad cada uno de los conceptos y procesos expuestos. Adicionalmente se expondrá la reacción de diversas sustancias al ser sometidas al fuego.
OBJETIVOS • • • •
Manipular e identificar las partes de que consta el mechero Bunsen. Identificar las zonas de la llama. Diferenciar una combustión completa de una incompleta. Identificar y diferenciar elementos ó compuestos químicos, mediante la observación del espectro de luz emitido por sus átomos a la llama.
MARCO TEÓRICO Antes de iniciar a exponer los temas tratados dentro de la práctica de laboratorio, tendremos que tener en cuenta algunos conceptos previos para una mayor comprensión de que proceso es el que origina la llama y bajo que leyes se rige este proceso.
Combustión Una sustancia combustible reacciona con oxígeno (comburente) en tanto alcanza su temperatura de ignición, generándose el fenómeno denominado combustión, cuya manifestación sensible es la llama, por su alta temperatura y emisión de luz, si bien en algunas casos puede darse llama no luminosa. Cuando una mezcla gaseosa, combustible-comburente se enciende, una zona de material reactivo se propaga a través de la mezcla. El flujo de calor y de reactivos químicos desde la fuente de ignición hacia las capas adyacentes de la mezcla, genera un proceso autosustentable que se manifiesta usualmente como llama, a este fenómeno se le denomina onda de combustión. Dado que la llama es la expresión sensible de la combustión, su estudio provee información útil para ejercer un control adecuado en el desarrollo de la combustión aplicada. La combustión puede ser de dos tipos: a) Combustión incompleta: es aquella en la cual se producen partículas sólidas de carbono debido a la insuficiencia de oxígeno en la mezcla. Se caracteriza por presentar una llama de color amarillo. En general el proceso se realiza en dos etapas:
C3H8(g) + 3 O2(g) ---> C(s) + 2 CO (g) + 4 H2O(g) + calor
b) Combustión completa: se produce cuando hay suficiente cantidad de oxígeno, este consume casi en su totalidad las partículas de carbono incandescentes, adquiriendo la llama de color azul. En general el proceso es el siguiente:
C3H8(g) + 5 O2(g) ---> 3 CO2(g) + 4 H2O(g) + calor
Definición de llama Es un frente u onda de reacción en un medio gaseoso al cual entran reactivos y del cual salen productos. Puede encontrarse a veces partículas sólidas o líquidas que concluyen su combustión en la llama y, según las condiciones de quemado puede aparecer hollín. Las llamas concentran el calor y son generalmente luminosas, las de hidrocarburos son poco visibles. La mayor parte del calor puede ser extraída solamente por conducción directa desde los gases calientes, el efecto radiante es muy pequeño. Los combustibles gaseosos se mezclan con el aire y se queman en dispositivos diversos. Por la forma en que se realiza la mezcla reactiva las llamas se denominan: De premezclado En las llamas de premezclado el combustible entra al quemador a través de un inyector y el aire accede lateralmente, (aire primario) llegando la mezcla a la boca de salida donde se provoca la ignición, completándose su combustión con el aire circundante (secundario), por difusión.
De difusión Lo combustión de líquidos y sólidos se realiza según la modalidad de difusión. Un ejemplo típico es la llama de una bujía o vela, una vez encendida la mecha, provee el calor necesario para fundir y vaporizar la sustancia sólida (parafina, cera), el aire accede por convección desde el exterior hacia la base de la llama y difunde. Puede decirse que configura un anillo con vapor difundiendo desde el interior y aire desde el exterior. Las llamas de difusión son generalmente amarillas por la presencia de partículas de carbono incandescente. La mayoría de los quemadores de uso industrial, tanto con combustibles sólidos o líquidos, involucran llamas de difusión.
Soporte de la llama La llama se estabiliza en función del flujo de calor desde ella hacia el borde frío del tubo. Así, la velocidad de la llama baja y el frente resulta anclada cerca del borde. Si el frente se mueve momentáneamente más allá del borde, menos calor drenará, aumentará la velocidad de llama y el frente torna a su posición original junto al borde. La altura de la llama sobre el borde del quemador se ajusta por si misma dentro de un margen considerable de variaciones de flujo de gas. La superficie del cono es curva como consecuencia de la distribución parabólica en el tubo de quemado. Con velocidades de flujo altas la altura del cono crece y viceversa.
El Mechero Es el instrumento más frecuente empleado para quemar el gas y consta de una conducción metálica de acceso, que sufre un estrechamiento dentro del cuerpo del
mechero: con ello se provoca una caída de presión, que succiona el aire circundante, cuyo oxígeno aviva la combustiónLa entrada de este aire puede regularse. Termina el mechero en un tubo vertical, chimenea, en cuya cima arderá la llama. Como el gas contiene cierta cantidad de oxígeno puede arder aun cuando se encuentre cerrada la entrada de aire en el mechero. Los mecheros más utilizados se diferencian unos de otros, principalmente en la disposición de la entrada del gas y en la regulación de entrada de aire.
El funcionamiento de los mecheros se debe gracias al efecto Venturi el que consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye supresión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor Este efecto se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la energía si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.
MARCO EXPERIMENTAL A) Material y productos.
1. Mechero Bunsen con su manguera
3. Alambre de Nicrom
4. Pinzas para cápsulas. 2. Cápsula de porcelana
B) Procesos Realizados 1. 2. 3. 4.
Primero se identificaron las partes de que consta el mechero. Se conectó el mechero a la llave del gas por medio de la manguera. Se cerró el collar móvil. Manteniendo la distancia prudencial (5cm aprox.), se encendió un cerillo o fósforo y se colocó sobre la boca del mechero para posteriormente abrir lentamente la llave del gas. 5. Luego se reguló la entrada del aire abriendo el collar móvil. 6. Se observó la llama y se reguló. Las llamas producidas en el proceso de regulación se describen y analizan de esta forma:
La imagen de la izquierda muestra una llama amarilla y que tiene un bajo potencial calorífico y no ideal para trabajos de laboratorio, pues es ahumante, tóxica y no genera tanto calor como la llama azul. La imagen de la derecha muestra una llama azul y con alto potencial calorífico, ideal para experimentos de laboratorio. Ahora veamos una imagen que nos ilustra mucho mejor lo que estamos diciendo. En esta imagen se muestran los diferentes tipos de llama producidos por un mechero de Bunsen dependiendo de la provisión de oxígeno que se le dé:
Las tres partes de la llama son:
1. Zona de oxidación: es la parte superior de color amarillo, que es una llama ahumante y con un bajo potencial calorífico. 2. Zona de reducción:es la llama central que presenta un color azul tenue. 3. Cono frío: parte inferior de la llama. Adicionalmente se realizaron otras dos experiencias. ✔
Cápsula de Porcelana
Al colocar una cápsula de porcelana color blanco utilizando la llama con bajo potencial calorífico o la llama amarilla, veremos cómo se forma hollín en la cápsula de porcelana. Si por el contrario utilizamos la llama con alto potencial calorífico, la cápsula se calentará y no se formará hollín. Eso lo controlamos abriendo ventana o cerrando ventana al trabajar con el mechero de Bunsen, pera permitir o limitar la entrada de oxígeno. Así controlaremos que haya una combustión completa o incompleta.
✔ Alambre de nicrom El alambre adquiere diversos colores a distintas temperaturas como se indica a continuación:
T °C
500
700
1100
1500
Color
Rojo oscuro
Rojo
Anaranjado
Blanco
CONCLUSIONES 1.- ¿Qué precauciones debe tener para el buen funcionamiento de un mechero de laboratorio?
1.
Antes de utilizar el mechero, asegúrese cuál es la tubería que suministra el gas y que la manguera de hule esté bien conectada.
2. El mechero deberá ser manipulado por una sola persona. 3. Encienda el cerillo antes de abrir la llave que suministra el gas. 4. No enrolle la manguera de hule alrededor del mechero. 5. Al terminar la práctica dejar limpio el material, así como el lugar de trabajo.
2.- ¿Qué principio físico utiliza el mechero de Bunsen? ✔ 3.- ¿Qué combustible se utilizó para el encendido d el mechero? ✔ 4.- ¿Qué sustancia actúa como comburente? ✔ 5.- ¿Cuáles son las razones por las que no se debe utilizar la llama luminosa en el trabajo de laboratorio? ✔ 6.- ¿Cómo se obtiene el propano industrialmente? ¿tiene olor? ✔ 7.- ¿La temperatura de la llama no luminosa, superará a la temperatura de la llama de un soplete? ✔ El soplete alcanza temperaturas más altas porque la combustión es un proceso de oxidación donde intervienen tres elementos: un combustible (en este caso el gas natural), un comburente (el aire) y una fuente de calor o chispa. Por eso cuanto más oxígeno (presente en el aire en un 21% de su composición) tenga la mezcla, la reacción que llamamos fuego alcanzará una temperatura más alta. ✔ Los sopletes en general se sirven de dos tubos, uno de Oxígeno y el otro de un gas combustible; industrialmente se usa el acetileno, un gas de gran potencial calorífico cuya llama puede alcanzar los 3200ºC, cuando el propano-butano, conocido como gas natural, ronda sólo los 2600ºC. 8.- ¿Cómo procedería en un eventual incendio producido por descontrol de la llama del mechero? ✔
ANEXOS
ENSAYO A LA LLAMA Procedimiento usado en química analítica para detectar la presencia de ciertos iones metálicos, con base en el espectro de emisión característico de cada elemento. El color de la flama en general también depende de la temperatura.
El ensayo involucra introducir una muestra del elemento o compuesto en una llama caliente no luminosa, y observar el color que resulta. Las muestras suelen sostenerse en un alambre de platino limpiado repetidamente con ácido clorhídrico para eliminar trazas de análisis anteriores. Debe probarse con diferentes llamas, para evitar información equivocada debido a llamas "contaminadas", u ocasionalmente para verificar la exactitud del color. Algunas veces también se usan alambres de nicrom. El sodio es un componente común o contaminante en muchos compuestos, y su espectro tiende a dominar sobre los otros. El ensayo a la llama es frecuentemente visto a través de un vidrio azul de cobalto para filtrar el amarillo del sodio y permitir ver mejor la emisión de otros iones metálicos. El ensayo a la llama es rápido y fácil de ejecutar, y no requiere equipamiento alguno que no se encuentre generalmente en un laboratorio de química. Sin embargo, el rango de elementos detectados es pequeño, y el ensayo se apoya en la experiencia subjetiva del experimentador, en vez de mediciones objetivas. La prueba tiene dificultad en detectar concentraciones pequeñas de algunos elementos, mientras que puede producirse un resultado muy fuerte para algunos otros, lo que tiende a "ahogar" las señales más débiles. Aunque esta prueba sólo da información cualitativa, y no cuantitativa, acerca de la proporción real de los elementos en la muestra; puede obtenerse información cuantitativa por las técnicas relacionadas de fotometría de llama o espectroscopia de emisión de llama.
Metales comunes Algunos metales comunes y sus colores correspondientes son:
Símbolo
Nombre
Color
As
Arsénico
Azul zoquete
B
Boro
Verde brillante
Ba
Bario
Verde pálido/manzana
Ca
Calcio
Rojo ladrillo
Cs
Cesio
Azul - Violeta
Cu(I)
Cobre(I)
Azul
Cu(II)
Cobre(II) (no-
[Verde
halogenuro)
Cu(II)
Cobre(II) (halogenuro)
Azul-verdoso
Fe
Hierro
Dorado
In
Indio
Azul
K
Potasio
Lila payaso
Li
Litio
Carmín
Mn(II)
Manganeso(II)
Verde amarillento
Mo
Na
Molibdeno
Verde amarillento
Sodio
Amarillo intenso
Sb
Antimonio
Verde claro
Se
Selenio
Azul
Sr
Estroncio
Escarlata
P
Fósforo
Verde pálido azulado
Te
Telurio
Verde claro
Pb
Plomo
Azul
Tl
Talio
Verde puro
Rb
Rubidio
Rojo-violeta
Zn
Zinc
Verde azulado
Llama de gas
Llama de gas vista a través de Ensayo a la llama en sulfato de cobre, visto a vidrio de Co.
sulfato de cobre
través del vidrio de Cobalto
Ensayo a la llama en Ensayo a la llama en el
Ensayo a la llama en Ensayo a la llama en una sal
el carbonato de sodio carbonato de sodio visto a
una sal d litio
de potasio
través de vidrio de cobalto
BIBLIOGRAFÍA PÁGINAS WEB http://en.wikipedia.org/wiki/Flame http://liftoff.msfc.nasa.gov/shared/news2000/flames/candles-large.jpg http://www.chemkeys.com/esp/ag/tda_4/udlba_3/udlba_3.htm http://www.astro.puc.cl/~linfante/fia1010_1_02/7-La-Luz/sld004.htm http://www.binblogs.com/blog.php?user=kampz_psz¬e=2697 http://www.frlp.utn.edu.ar/grupos/aepeq/textespect3.html http://espanol.answers.yahoo.com/question/index? qid=20071018185018AAIqCbT http://www.revistaciencias.com/publicaciones/EEuVuypAlpDcXBRswZ.ph p http://www.galeon.com/utpquimica/pages/pract2.htm
LIBROS
Mortimer, E.C. Química. Grupo Editorial lberoamérica, Chang, R. Química. McGraw-Hill, Brown, T.L., LeMay, H.E. y Bursten, B.E. Química. La Ciencia
Central. Matilde Alonso Rodrigo, Técnicas básicas en el Laboratoria de Química Andoni Garritz Ruiz ; Laura Gasque Silva ; Ana Martínez Vázquez, Química universitaria Fedorov, Lev. Introduction to Chemical Armament in the War Against Lister, Ted. (2002). Experimentos de Química clásica. Ed. Síntesis
