ÍNDICE INTRODUCCIÓN...........................................................................................3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS...........................................................................4 1. CATIONES............................................................................................................. 4 2. RADIACIÓN............................................................................................................ 4 3. CONSTANTE DE PLANK.......................................................................................... 5 4. EFECTO FOTOELÉCTRICO......................................................................................5 5. ESPECTROS DE LÍNEAS......................................................................................... 6 6. FICHAS DE SEGURIDAD......................................................................................... 6 6.1 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS...................................................................6 6.1.1 Tabla 1: Agua destilada.................................................................................6 6.1.2 Tabla 2: Cloruro de sodio...............................................................................7 6.1.3 Tabla 3: Cloruro de cobre (II).........................................................................7 6.1.4 Tabla 4: Cloruro de potasio............................................................................7 6.1.5 Tabla 5: Cloruro de calcio..............................................................................7 6.2 TOXICIDADES, ANTÍDOTOS Y FORMAS DE DESECHO.........................................8 6.2.1 Tabla 6: Agua destilada.................................................................................8 6.2.2 Tabla 7: Cloruro de sodio...............................................................................8 6.2.3 Tabla 8: Cloruro de cobre (II).........................................................................9 6.2.4 Tabla 9: Cloruro de potasio............................................................................9 6.2.5 Tabla 10: Cloruro de calcio..........................................................................10 7. REACCIONES QUÍMICAS......................................................................................10 7.1 REACCIÓN DE COMBUSTIÓN............................................................................10 OBJETIVOS................................................................................................ 11 1. 2.
GENERALES......................................................................................................... 11 ESPECÍFICOS....................................................................................................... 11
MEDOTOLOGÍA..........................................................................................12 1. ENSAYO DE LA LLAMA.......................................................................................... 12 .................................................................................................................................. 12 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................... 13 1.
FUENTES ELECTRÓNICAS:...................................................................................13
INTRODUCCIÓN El día martes 29 de marzo del año 2016 se llevará a cabo la novena práctica del laboratorio del curso de Química I, la cual corresponderá al nombre de “Emisión de luz de cationes”. Esta práctica tiene como objetivo general comprobar que cada elemento químico tiene su propio espectro de emisión a la hora de ser sometidos
a un suministro de energía calorífica. Como objetivos específicos planteados para está practica se menciona comprender como los cationes sufrirán saltos de energía en sus niveles electrónicos y emitirán fotones distintos para cada elemento, por lo tanto se tomarán muestras de cloruro de sodio, cloruro de cobre (II), cloruro de potasio y cloruro de calcio. Como último objetivo se pretende determinar la longitud de onda para cada catión, según el cambio de color de la llama al exponer la muestra al fuego. La práctica se llevará a cabo en un procedimiento que se repetirá con las 4 muestras. Primero se agregará 1mL de cada sustancia a 4 tubos de ensayo, uno para cada sustancia, luego se encenderá el mechero y se ingresará cuidadosamente la varilla de metal en un tubo de ensayo y se colocará la punta en la llama. Se observarán los cambios que ocurren y en base al color dominante se podrá determinar la longitud de la onda.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS “Cuando se enciende una luz de neón, los electrones de los átomos de neón se excitan hacia un nivel de energía más alto por medio de la electricidad. Un
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electrón puede permanecer en un estado de mayor energía por muy poco tiempo, y emite luz cuando regresa a un nivel de energía más bajo.” Brown, T.L (2014) Este descubrimiento se explicará por medio de la teoría cuántica, que expondrá el comportamiento de los electrones en el átomo.
1. CATIONES Es un átomo o partícula con carga positiva que formará parte de la materia. Su caga será positiva, esto se deberá a que perderá electrones según a la reacción al que será sometido. Además, representará un estado de oxidación, si ganara o perdiera electrones, según su estado neutro, y cuando esto suceda será llamado ionización. . 1.1 EMISIÓN DE CATIONES
La emisión de luz de cationes ocurrirá cuando los elementos se exciten y emitirán luz, ya que sufrirán saltos de energía entre sus niveles electrónicos. Cuando los átomos expulsen energía para cambiar de nivel, emitirán fotones (luz), y esta luz será el salto de energía entre los niveles energéticos, por lo tanto, cada catión de cada elemento tendrá una propia identidad, ya que poseerán una banda de luz única.
2. RADIACIÓN La radiación consistirá en propagar energía, ya sea en luz o calor, en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas. La propagación será dada en rayos ultra violeta, rayos gamma, rayos X, entre otros. Ocurrirá una radiación ionizante cuando la radiación transporte suficiente energía para provocar una ionización, y si no, será una radiación no ionizante. La característica ionizante y no ionizante de la radiación es que será independiente de su forma natural ondulada. 2.1.
RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
También conocida como energía radiante, transportará la energía a través del espacio, por ejemplo, la luz que se percibirá con los ojos. Todos los tipos de esta radiación se moverán a través del vacío a una velocidad de 8m 3.00 X 10 s , velocidad de la luz. 2.2.
LONGITUD DE ONDA
La longitud de onda será la distancia que entre dos crestas adyacentes o entre dos valles adyacentes. Y la frecuencia de la onda será el número de longitudes de onda completas o ciclos que pasan por un punto determinado cada segundo. 3
Color dominante
Longitud de onda aproximada (nm) Rojo 701 Anaranjado 609 Amarillo 587 Verde 535 Azul 474 Violeta 423 Fuente: Facultad de Ingeniería (2016) Manual de prácticas de Laboratorio, pp. 29.
3. CONSTANTE DE PLANK Cuando se caliente un objeto sólido, emitirá radiación en forma del resplandor de un color que desprenderá, por ejemplo: la luz blanca de una bombilla. Es decir que la distribución de la longitud de onda de la radiación dependerá de la temperatura ya que un objeto caliente con tonalidad amarilla o blanca tendrá mayor temperatura que un objeto caliente al rojo vivo. La constante de Plank buscará la cantidad más pequeña de energía que puede emitirse o absorberse por los átomos en paquetes discretos fundamentales. Esta ecuación propondrá que la energía sería igual a una constante multiplicada por la frecuencia de la radiación. La constante de Plank tiene un valor de −34
6.626 X 10
J S .
E=hv
4. EFECTO FOTOELÉCTRICO Ocurrirá cuando la luz que quebranta sobre una superficie metálica limpia ocasionará que la superficie emita electrones, y para que esto se lleve a cabo, se necesitará una frecuencia mínima de la luz, que variará para los distintos metales. “Einstein supuso que la energía radiante que incide sobre la superficie del metal se comporta como un conjunto de paquetes fundamentales de energía. Cada paquete, que es como una partícula de energía se denomina fotón.” Brown, T.L (2014) 3.1.
FOTÓN
4
Con la teoría cuántica de Planck se deducirá que cada fotón tendrá una energía igual a la constante de Planck multiplicada por la frecuencia de la luz: Energía del fotón=E=hv
5. ESPECTROS DE LÍNEAS Los objetos que producirán radiación compuesta solamente por una longitud de onda serán de tipo monocromática, pero los que producirán radiación en un amplio intercalo de longitudes de onda serán policromática. 5.1 ESPECTRO
Se producirá cuando la radiación de estos objetos se separará en sus diferentes componentes de longitud de onda. El resultado consistirá entre una gama de colores entre el violeta fusionado con otro color y así sucesivamente y será llamado espectro continuo, ya que es un arcoíris de colores que contendrá luz de todas las longitudes de ondas. El espectro de líneas representará la radiación solo de longitudes de ondas específicas 5.2 ECUACION DE RYDBERG
Relacionará las longitudes de onda con números enteros. 1 1 1 =(R H )( 2 − 2 ) γ n 1 n2 En donde:
γ
es la longitud de la onda de una línea espectral, 7
−1
constante de Rydberg ( 1.096776 X 10 m
RH
es la
) y n1 y n2 son valores naturales siendo
n2 mayor.
6. FICHAS DE SEGURIDAD 6.1 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS
6.1.1
Tabla 1: Agua destilada
Sustanci a
Fórmul a
Masa mola r
Apariencia
Densida d
Agua destilada
H2O
18.02
Líquido transparente , incoloro e inodoro.
1,00
Punto de fusió n 0°C
Punto de ebullició n
Solubilida d
100°C
Soluble en etanol
5
Fuente: Dipistol (s.f) Hoja de datos de seguridad Agua destilada. Recuperado de http://www.dipistol.com/segur/F.S.Agua_destilada.pdf
6.1.2 Tabla 2: Cloruro de sodio
Sustancia Fórmula
Masa molar Apariencia
Densidad
Punto de fusión
Sólido, Cloruro de cristales 2.16 NaCl 58.45 g/mol 801 °C sodio color blanco, g/cm3 inodoro Fuente: CTR Scientific (s.f) Hoja de datos de seguridad Cloruro de sodio. Recuperado de http://www.ctr.com.mx/pdfcert/Cloruro%20de%20Sodio.pdf
Punto de ebullición
Solubil
1413 °C
360g/L agua a
6.1.3 Tabla 3: Cloruro de cobre (II)
Sustancia Fórmula
Masa molar Apariencia
Cloruro de cobre (II)
98.99 g/mol
CuCl2
Sólido de blanco a gris, inodoro
Densidad
Punto de fusión
Punto de ebullición
Solubilidad
A 25°C 4.14 g/cm3
422 °C
1365°C
Soluble en agua 0.001 – 0.1 g/l
Fuente: FAVELA PRO (sf) Ficha de datos de seguridad, Cloruro de cobre. Recuperado el 21 de febrero del 2016 de http://fagalab.com/Hojas%20de %20Seguridad/CLORURO%20DE%20COBRE.pdf 6.1.4 Tabla 4: Cloruro de potasio
Sustancia
Fórmula
Masa molar
Apariencia
Densida d
Punto de Punto de Solubilidad fusión ebullición
A 20°C sólido Cloruro de 1496.85 34.4 g/100 KCl 74,55 g/mol blanco N/A 776 °C potasio °C mL en agua cristalino, inodoro. Fuente: Pontificia Universidad Javeriana (sf) Hoja de seguridad, Cloruro de potasio. Recuperado el 21 de febrero del 2016, de http://portales.puj.edu.co/docquimica/fds-labqca-dianahermith/KCl.pdf
6
6.1.5 Tabla 5: Cloruro de calcio
Punto de Punto de Solubilidad fusión ebullición Soluble en A 20°C agua 774.5 Sólido Cloruro de 110.99 g/100 mL CaCL2 cristalino, N/A 772°C 1935°C calcio g/mol (20°C), 59.5 blanco, g/100 mL inodoro (0°C) Fuente: Pontificia Universidad Javeriana (sf) Hoja de seguridad de materiales, Cloruro de calcio. Recuperado el 21 de febrero del 2016, de http://portales.puj.edu.co/doc-quimica/fds-labqca-dianahermith/CaCl2.pdf
Sustancia
Masa molar
Fórmula
Apariencia
Densida d
6.2 TOXICIDADES, ANTÍDOTOS Y FORMAS DE DESECHO 6.2.1
Tabla 6: Agua destilada
Sustancia Agua destilada
Toxicidades Ingestión: si ingerido cantidades, en malestar pedir médica.
Antídotos Formas de desecho se ha Sustancia no Ya que no es un contaminante grandes peligrosa para el medio ambiente, la caso de eliminación de este residuo atención queda sujeto a los reglamentos internos de cada país. Fuente: Dipistol (s.f) Hoja de datos de seguridad Agua destilada. Recuperado de http://www.dipistol.com/segur/F.S.Agua_destilada.pdf
6.2.2
Tabla 7: Cloruro de sodio
Sustancia
Toxicidades
Antídotos
Contacto ocular: irritación. Ingestión: de grandes cantidades puede provocar náuseas y vómitos.
Contacto ocular: lavar con abundante agua manteniendo los párpados abiertos. Pedir atención médica.
Cloruro de sodio
Formas de desecho Como no es una solución tóxica ni contaminante, la eliminación de residuos queda sujeto a los reglamentos internos de cada país. 7
Fuente: CTR Scientific (s.f) Hoja de datos de seguridad Cloruro de sodio. Recuperado de http://www.ctr.com.mx/pdfcert/Cloruro%20de%20Sodio.pdf
6.2.3
Sustancia
Tabla 8: Cloruro de cobre (II)
Toxicidades
Toxicidad aguda Inhalación: podrá provocar irritación en el tracto respiratorio. Cloruro de Contacto con los ojos: irritación. cobre (II) habrá Contacto con la piel: podrá provocar irritación en la piel. Ingestión: será nocivo.
Antídotos Inhalación: se tomará aire fresco y si no respira, se hará la respiración artificial. Contacto con los ojos: se lavarán los ojos inmediatamente con abundante agua. Contacto con la piel: se lavará con agua y con jabón. Ingestión: se beberá abundante agua y se llamará al médico.
Formas de desecho El residuo se recogerá en seco y procederá a la eliminación del mismo. Se evitará la formación de polvo.
Fuente: FAVELA PRO (sf) Ficha de datos de seguridad, Cloruro de cobre. Recuperado el 21 de febrero del 2016 de http://fagalab.com/Hojas%20de %20Seguridad/CLORURO%20DE%20COBRE.pdf 6.2.4
Sustancia
Cloruro de potasio
Tabla 9: Cloruro de potasio
Toxicidades
Antídotos
Inhalación: provocará irritación de las membranas mucosas. Contacto con los ojos: provocará irritación severa. Contacto con la piel: hará daño si es en una herida abierta. Ingestión: provocará efectos gastrointestinales como dolor de estómago, náuseas y vómito. También calambres y temblor de manos y pies.
Inhalación: se trasladará al aire libre y se administrará respiración artificial si se llegase a necesitar. Contacto con los ojos: se lavarán los ojos con abundante agua durante 15 min, y se consultará a un oftalmólogo. Contacto con la piel: lavar la piel con abundante agua y se llamará al médico. Ingestión: se inducirá el vómito inmediatamente y se llamará al médico.
Formas de desecho Se recuperará y colocará el material en contenedores adecuados para su uso o desecho. Se basará con los requerimientos gubernamentales y regulaciones locales.
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Fuente: Pontificia Universidad Javeriana (sf) Hoja de seguridad, Cloruro de potasio. Recuperado el 21 de febrero del 2016, de http://portales.puj.edu.co/docquimica/fds-labqca-dianahermith/KCl.pdf
6.2.5
Tabla 10: Cloruro de calcio
Sustancia
Toxicidades
Antídotos
Formas de desecho Todo residuo deberá manejarse en una instalación de eliminación de residuos apropiada y aprobada. Las regulaciones de eliminación departamental pueden diferir de las regulaciones de eliminación nacional.
Inhalación: el polvo Inhalación: se trasladará al causará irritación de las aire libre y se buscará vías respiratorias, con atención médica. síntomas de tos y Contacto con los ojos: se dificultad para respirar. enjuagarán los ojos con Contacto con los abundante agua y se buscará ojos: abrasión ayuda médica. mecánica o Contacto con la piel: se quemaduras por el lavará la zona afectada y se Cloruro de calcio calor y la irritación de la buscará atención médica. hidrólisis del cloruro. Ingestión: se provocará el Contacto con la piel: vómito con indicaciones del podrá causar irritación personal médico y no se le severa o quemaduras. dará nada a una persona Ingestión: podrá inconsciente. causar irritación grave de la mucosa, malestar gastrointestinal, vómito y dolor abdominal. Fuente: Pontificia Universidad Javeriana (sf) Hoja de seguridad de materiales, Cloruro de calcio. Recuperado el 21 de febrero del 2016, de http://portales.puj.edu.co/doc-quimica/fds-labqca-dianahermith/CaCl2.pdf
7. REACCIONES QUÍMICAS 7.1 REACCIÓN DE COMBUSTIÓN
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Se producirá cuando se encienda el mechero para realizar los experimentos establecidos. Combustible+O2 → C O2 + H 2 O
OBJETIVOS 1. GENERALES
Comprobar que cada elemento químico tiene su propio espectro de emisión a la hora de someterlos a un suministro de energía calorífica.
2. ESPECÍFICOS
Comprender como los cationes sufrirán saltos de energía en sus niveles electrónicos y emitirán fotones distintos para cada elemento al ser sometidos al calor. Determinar la longitud de onda aproximada para cada catión, según el cambio de color de la llama al exponer la muestra al fuego.
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BIBLIOGRAFÍA
Brown, T., Escalona y García, H., Escalona García, R., & Brown, T. (2004 y 2009). Química, la ciencia central. Pearson Educación, México, pag 10 William Daub, G., Seese, W (2005) Química. PEARSON EDUCACIÓN. México.
1. FUENTES ELECTRÓNICAS:
Alber1054. (2013) Emisión de luz de cationes. Recuperado el de 18 marzo del 2016, de https://www.clubensayos.com/Ciencia/Emision-De-Luz-DeCationes/907447.html
Cchecoman (2009) Espectro de emisión y absorción. Recuperado el 23 de marzo del 2016, de http://es.scribd.com/doc/19622798/Espectro-deemision-y-absorcion#scribd
Condero, D y Cancino, F. (2014) Espectros de emisión. Recuperado el 23 de marzo del 2016, de http://es.calameo.com/read/003374582f4b48af791f4
Fernández, A. (2001). Análisis cualitativo, Marcha analítica de cationes. Recuperado el 18 de febrero del 2016, de http://www.ciens.ucv.ve:8080/generador/sites/martinezma/archivos/Cationes .pdf
(SA) (s.f) Ensayos a la llama. Recuperado el 18 de marzo del 2016, de http://www.jpimentel.com/ciencias_experimentales/pagwebciencias/pagweb/ la_ciencia_a_tu_alcance/Experiencias_quimica_ensayos_a_la_llama.htm 11
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