UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
INFORME DE LABORATORIO Nº3 Agr A gre egac gaci ón de la M ater i a (So (S olido lidos)
ASIGNATURA: Química General (MB 312) SECCIÓN: “C”
SEMESTRE
: 2012- I
DOCENTE
: Ing. Mary Apolaya Arnao
ALUMNOS
:
Celis Davila Carlos Jesus Contreras Palacin George Jhonathan Daviran Rivera Anderson Eduardo
Laboratorio de química N⁰6
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ÍNDICE
Objetivos……………………………………………………………………………………………..3
Fundamento Teórico ……………………………………………………………………………….4
Observaciones y Conclusiones …………………………………………………………………… .10
Bibliografía…………………………………………………………………………………………16
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1. OBJETIVOS
Diferenciar entre un “sólido amorfo” y un sólido cristalino.
Obtener cristales y conocer los factores para una buena cristalización.
Confeccionar empaquetamientos comunes haciendo uso de modelos.
Determinar propiedades de los sólidos cristalinos.
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2. FUNDAMENTO TEÓRICO Estado Sólido La física del estado sólido, rama de la física de la materia condensada, trata sobre el estudio de la materia rígida, o sólidos. Estudia las propiedades físicas de los materiales sólidos utilizando disciplinas tales como la mecánica cuántica, la cristalografía, el electromagnetismo y la metalurgia física. Forma la base teórica de la ciencia de materiales y su desarrollo ha sido fundamental en el campo de las aplicaciones tecnológicas de microelectrónica al posibilitar el desarrollo de transistores y materiales semiconductores. La mayor parte de la investigación en la teoría de la física de estado sólido se centra en los cristales, en gran parte porque la periodicidad de los átomos en un cristal, su característica definitoria, facilita el modelado matemático, y también porque los materiales cristalinos tienen a menudo características eléctricas, magnéticas, ópticas, o mecánicas que pueden ser explotadas para los propósitos de la ingeniería. El marco de la mayoría de la teoría en la física de estado sólido es la formulación (de la onda) de Schrödinger de la mecánica cuántica no relativista. Un importante punto de partida para mucho análisis es el teorema de Bloch, que caracteriza las funciones de onda de electrones en un potencial periódico. Puesto que el teorema de Bloch se aplica solamente a los potenciales periódicos, y puesto que los incesantes movimientos al azar de los átomos en un cristal interrumpen la periodicidad, este uso del teorema de Bloch es solamente una aproximación, pero ha demostrado ser una aproximación enormemente valiosa, sin la cual la mayoría del análisis de la física de estado sólido serían insuperables. Las desviaciones de la periodicidad son tratadas por la teoría de perturbaciones de la mecánica cuántica. Golden G ate (estructura solida de gran tenacidad)
I magen 1
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Solidos Cristalinos En física del estado sólido y química, un cristal es un sólido homogéneo que presenta una estructura interna ordenada de sus partículas reticulares, sean átomos, iones o moléculas (I magen 2) . La palabra proviene del griego crystallos, nombre que dieron los griegos a una variedad del cuarzo, que hoy se llama cristal de roca. La mayoría de los cristales naturales se forman a partir de la cristalización de gases a presión en la pared interior de cavidades rocosas llamadas geodas. La calidad, tamaño, color y forma de los cristales dependen de la presión y composición de gases en dichas geodas (burbujas) y de la temperatura y otras condiciones del magma donde se formen. Tipos de celdas cubicas
Imagen 2
Solidos amorfos Diagrama molecular del vidrio (Si O 2 ) en sólido amorfo.
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El sólido amorfo es un estado sólido de la materia, en el que las partículas que conforman el sólido carecen de una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas bien definidas (I magen 3) . Esta clasificación contrasta con la de sólidos cristalinos, cuyos átomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas. Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien. Casi todos los demás se componen de moléculas grandes y complejas. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca el vidrio. Un mismo compuesto superenfriado, según el proceso de solidificación, puede formar una red cristalina o un sólido amorfo. Por ejemplo, según la disposición espacial de las moléculas de sílice (SiO2), se puede obtener una estructura cristalina (el cuarzo) o un sólido amorfo (el vidrio). Imagen 3
Compuestos higroscópicos Son higroscópicos todos los compuestos que atraen agua en forma de vapor o de líquido de su ambiente, por eso a menudo son utilizados como desecantes. Algunos de los compuestos higroscópicos reaccionan químicamente con el agua como los hidruros o los metales alcalinos. Otros la atrapan como agua de hidratación en su estructura cristalina como es el caso del sulfato de sodio. El agua también puede adsorberse físicamente. En estos dos últimos casos, la retención es reversible y el agua puede ser desorbida. En el primer caso, al haber reaccionado, no se puede recuperar de forma simple. Estos procesos son exotérmicos.
Delicuescencia Es la propiedad que presentan algunas sales y óxidos, principalmente de absorber moléculas de vapor de agua del aire húmedo para formar hidratos. Este fenómeno ocurre si la presión parcial de vapor de agua en el aire es mayor a la presión del vapor del sistema hidrato a la temperatura dada. Ciertas sustancias delicuescentes tienen gran capacidad para atraer moléculas de agua del aire, e incluso hasta para formar soluciones saturadas, estas sustancias se llaman higroscópicas, y se emplean generalmente como secantes. Entre los principales secantes tenemos tenemos al dicloruro de zinc (ZnCl2) , dicloruro de calcio (CaCl 2) , ácido sulfúrico (H 2SO4) concentrado , hidróxido de potasio (KOH) , perclorato de magnesio (Mg(ClO4)2) , etc.
Delicuescencia
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I magen 4
Observaciones y Conclusiones 1. EXPERIMENTO Nº1: DIFERENCIA ENTRE “SÓLIDO AMORFO” Y SÓLIDO CRISTALINO FUSIÓN DE UN “SÓLIDO AMORFO”
a. b. c.
PROCESO Colocar un trozo de brea sobre una lámina de lata que debe estar sobre un trípode. Calentar suavemente con un mechero. observar y anotar. Repetir a y b con un trozo de plástico.
OBSERVACIONES: La brea, después de un cierto tiempo, cambió por completo a fase líquida, mantuvo su color negro y se apreciaba muy viscoso.
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Imagen 5 El plástico también cambió su fase totalmente a líquida, después de un cierto tiempo, dio la sensación de experimentar un encogimiento y se tornó en un color blanquecino al secarse.
Imagen 6
CONCLUSIONES:
Al realizar la experiencia se observó que la brea, al igual que el plástico, no tiene un punto de fusión definido, cada uno empieza a cambiar de fase en la parte que está a mayor temperatura (más cercana al fuego), mientras que las otras partes se quedan en fase sólida. Esto se debe a que los dos materiales utilizados son “sólidos amorfos” y por las propiedades
que estos presentan es que observamos esos resultados.
2. EXPERIMENTO Nº2: PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS 8
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A) D ENSIDAD DE LOS SÓLIDOS
PROCEDIMIENTO:
a) Pesar una docena de clavos (hierro). b) Colocar 10 mililitros de agua en una probeta graduada. c) Adicionar la docena de clavos dentro de la probeta. d) Medir el nuevo volumen. e) Determinar la densidad del hierro.
R ESULTADOS:
= 5.21 = 30 = 30.8 ∆ = 0.8 =
OBSERVACIONES: -
= 6,51 ∆
Al iniciar el experimento se observó que los clavos estaban ligeramente oxidados, no se tomó en cuenta.
CONCLUSIONES: -
Determinando la variación de volumen producida por el ingreso de otra sustancia, con peso conocido, en agua, es posible determinar la densidad de ésta. 9
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Comparando con el valor exacto de la densidad del Fe: ρFe = 7,86 g⁄mL, nos damos cuenta que nuestro valor obtenido es mucho menor, por lo tanto podemos decir que los clavos no están hechos totalmente de hierro, sino que pueden ser aleaciones.
B) A BSORCIÓN DEL AGUA i. HIGROSCOPÍA
PROCEDIMIENTO
Dejar sobre una luna de reloj un poco de sulfato de cobre anhidro al ambiente. Observar y anotar el cambio de color y la fase, después de una hora.
OBSERVACIONES: -
Al inicio, el sulfato de cobre anhidro es un polvo seco de color blanco.
-
Después de haberlo dejado por una hora al aire libre en la luna de reloj se observó que mantuvo su fase y que tomó un color celeste-azulino en algunas partes de su superficie en contacto con el aire.
CONCLUSIONES:
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ii.
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Esta experiencia pone en evidencia la existencia del vapor de agua, que no es visible, en el aire del ambiente.
-
El aire contiene vapor de agua, esto hace que la superficie del sulfato de cobre anhidro reaccione con el vapor de agua y se manifiesta de manera que algunos granitos del polvo blanco tomen un color diferente (celeste-azulino).
DELICUESCENCIA
PROCEDIMIENTO
Dejar sobre una luna de reloj un poco de hidróxido de sodio al ambiente. Observar y anotar el cambio de fase después de una hora.
OBSERVACIONES:
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Se observa que el Hidróxido de sodio (NaOH), al estar en el recipiente cerrado (caja petril) tiene una apariencia similar al de una perla blanca.
-
Luego de haber dejado la muestra de NaOH al aire libre (por una hora), se observó que “la perla blanca” se ha reducido y ha formado una sustancia j abonosa a su alrededor, ésta sustancia tiene un color azulado y es viscosa.
CONCLUSIONES: -
El NaOH forma una sustancia jabonosa debido a que se trata de una sustancia básica, normalmente las bases son sustancias jabonosas.
-
El NaOH, al estar al aire libre, reacciona y produce el líquido jabonoso debido al vapor de agua presente en la atmósfera, que al estar en contacto con el NaOH, forma la sustancia observada.
C) S UBLIMACIÓN
PROCEDIMIENTO - Colocar un gramo de Yodo dentro de un tubo de ensayo limpio y seco.
-
Anotar el color y la fase en el que se encuentra el Yodo. Tapar el tubo. Calentar a 80°C, 150 mililitros de agua en un vaso de 250 mililitros. Introducir el tubo dentro del vaso con ag ua.
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Observar y anotar el color y fase del Yodo después del calentamiento durante 2 minutos.
OBSERVACIONES: -
Se observa que el yodo a condiciones normales es un sólido cristalino de color gris oscuro.
-
Una vez que se coloca el recipiente cerrado, que contiene yodo sólido en el interior, en el agua a 80 ºC se observó el desprendimiento de un gas violeta, pero la mayor parte del sólido se mantuvo en el fondo del recipiente sin reaccionar.
CONCLUSIONES: -
El yodo pasa directamente del estado sólido al gaseoso (al estar a la temperatura de 80ºC), esto por propiedad característica del yodo.
-
Al estar, el yodo, a temperatura baja (condiciones normales) no experimenta paso de sólido a gas, solo pasa esto si se eleva la temperatura. En esto consiste la propiedad característica del yodo.
D) EXPERIMENTO Nº3: OBTENCIÓN DE SÓLIDOS CRISTALINOS A) A PARTIR DE UNA SOLUCIÓN ACUOSA SOBRESATURADA
PROCEDIMIENTO
-
Sostenga con la mano el tubo de e nsayo que contiene sulfato de cobre (sólido) en agua y sométalo a calentamiento suave a fuego directo hasta disolución completa.
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Vierta la solución acuosa de CUSO4 caliente a la caja Petri y cúbrala con la tapa de la caja Petri. Deje enfriar a temperatura ambiente y de vez en cuando observe sin mover
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la base de la caja Petri (aprox. cada 15 minutos) hasta la formación de cristales de CUSO4, 5H2O. Observe la propagación de la cristalización.
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Con un escarbadientes o palito de fósforo separe varios mono cristales en un papel de filtro y obsérvelo con el microscopio (o una lupa).
OBSERVACIONES:
-
Los cristales eran de color azulado y parecían astillas
-
El sólido se cristalizó apenas se vertió la solución a la placa petri.
- No se pudieron observar los cristales microscópicamente debido a la falta de instrumentos. CONCLUSIONES:
-
A simple vista, el CuSO4 tiene forma prismática.
R ECOMENDACIONES:
-
Tener claras las instrucciones de cómo proceder con el sulfato de cobre para lograr la obtención de los cristales deseados.
EXPERIMENTO Nº4: OBTENCIÓN DE VARIOS ESTADOS ALOTRÓPICOS DEL AZUFRE
A) AZUFRE OCTAÉDRICO PROCEDIMIENTO
-
Disolver 1 gramo de azufre en una cápsula con 3 ml de sulfato de carbono (este solvente es sumamente inflamable), filtrar y dejar evaporar la solución en un cristalizador sobre un baño de agua caliente, lejos del fuego, pasado cierto tiempo, observar los cristales obtenidos.
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R ESULTADOS: -
Se formaron cristales similares a piedras, de color crema y de diversos tamaños.
B) AZUFRE PRISMÁTICO PROCEDIMIENTO
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Disolver 1 gramo de azufre en una cápsula con 3 ml de sulfato de carbono (este solvente es sumamente inflamable), filtrar y dejar evaporar la solución en un cristalizador sobre un baño de agua caliente, lejos del fuego, pasado cierto tiempo, observar los cristales obtenidos.
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R ESULTADOS: - No se formaron muchos cristales definidos. Todo parecía polvo.
C) AZUFRE AMORFO PROCEDIMIENTO -
Fundir 1 gramo de azufre en un balón hasta que emita vapores, volcarlo sobre e l dispositivo que muestra la fig. 3 comprobar el estado amorfo y la elasticidad de la variedad formar.
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BIBLIOGRAFIA
BROWN THEODORE L. Química: La ciencia central. México : Editorial Pearson Educación , 2009
CHANG, RAYMOND. Química México D.F. : McGraw-Hill , 1999
WHITTEN, W. KENNETH; DAVIS E. RAIMOND; PECK, M. LARRY; STANLEY, GEORGE G. Quimica Mexico D.F. : Cengage Learning , 2008
BURNS, RALPH A. Fundamentos de Química. México : Pearson Education. 2003
Guía de Practicas de Laboratorio de Química General de la Facultad de Ingeniería Mecanica de la Universidad Nacional de Ingenieria
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