“Año de la diversificación productiva y del fortalecimiento de la educación”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA MB312 – I
LABORATORIO N° 1: “ Introducción a las Prácticas de Laboratorio de Química General “ GRUPO
:
Navarro Alor Jaime Hildebrando
Rincón Virhuez Angélica Mercedes
Sahuaraura Escobar Erick Gonzalo
PROFESORA PROFESORA : Ruth Maldonado
SEMESTRE : 2015-I 17/04/2015 2
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1.
FIM
OBJETIVOS 1.1.
EL MECHERO DE BUNSEN Y ESTUDIO DE LA LLAMA
* Este experimento tiene por objetivo que se pueda distinguir las clases de llama y las zonas que representan las mismas así como también las zonas del mechero y además la adecuada manipulación del mechero para su máximo aprovechamiento térmico en las experiencias de laboratorio. 1.2.
OPERACIONES OPERACIONES FUNDAMENTALES
* Dar a conocer los aspectos teóricos elementales correspondientes a ciertas técnicas de uso común en el laboratorio. Tales técnicas se denominan “operaciones fundamentales ” por usarse continuamente en los trabajos
experimentales
de
química.
Dichas
operaciones
comprenden:
Calentamiento, filtración, absorción, cristalización, destilación, sublimación, extracción por solventes. Llegar a conocer y estar adiestrado un poco de en estas operaciones, es la ventaja que ha de servir continuamente en todas las practicas programadas más adelante.
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2.
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FUNDAMENTOS TEORICOS 2.1.
ESTUDIO DE LA LLAMA
a) MECHERO BUNSEN
El Mechero Bunsen está constituido por un tubo vertical que va enroscado a un pie metálico con ingreso para el flujo del combustible, el cual se regula a través de una llave sobre la mesa de trabajo. En la parte inferior del tubo vertical existen orificios y un anillo metálico móvil o collarín también horadado. Ajustando la posición relativa de estos orificios (cuerpo del tubo y collarín respectivamente), los cuales pueden ser esféricos o rectangulares, se logra regular el flujo de aire que aporta el oxígeno necesario para llevar a cabo la combustión con formación de llama en la boca o parte superior del tubo vertical. El uso efectivo del mechero durante una práctica de laboratorio implica ser capaces de encender y regular el mismo de manera tal de obtener una llama que indique una reacción de combustión completa. Esto se consigue de manera fácil y además segura siguiendo el procedimiento que se detalla a continuación:
* Conectar un extremo del tubo de goma a la boca de toma de gas con la llave cerrada y el otro extremo del mismo a la entrada de gas ubicada en la base del mechero. * Verificar que la entrada de aire del mechero se encuentre cerrada. * Encender un fósforo teniendo la precaución de hacerlo alejado del cuerpo. * Acercar el fósforo encendido a unos 5 cm por encima de la boca del mechero y en simultáneo abrir la llave de salida de gas, en ese momento se
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forma una llama de color amarillo. Una llama de estas características nunca debe ser usada para calentar. * Permitir el ingreso de aire por medio de la apertura de los orificios o del giro de la roldana. A medida que ingresa más oxígeno la llama se vuelve azulada, difícil de ver , con un cono interior coloreado y se oye un sonido grave (llama “sonora”). Cualquiera de las dos situaciones mencionadas
representa una llama útil para calentar. Cuando se usa una llama de tipo “sonora” tener presente que la temperatura más alta de la misma se
encuentra en el vértice superior del cono interno coloreado. * Si la llama del mechero se entrecorta o “sopla” es indicio de un exceso de oxígeno durante la combustión; en tal caso se deberá cerrar el ingreso de aire hasta una posición tal que permita obtener una llama de las características indicadas en el párrafo anterior.
b) LLAMA Cuando se produce la combustión de un elemento inflamable en una atmósfera rica en oxígeno, se observa una emisión de luz, que puede llegar a ser intensa, denominada llama. Todas las reacciones de combustión son muy exotérmicas y desprenden gran cantidad de energía en forma de calor. La llama es provocada por la emisión de energía de los átomos de algunas partículas que se encuentran en los gases de la combustión, al ser excitados por el intenso calor generado en este tipo de reacciones. + LLAMA LUMINOSA: Emite luz porque contiene partículas sólidas que se vuelven incandescentes, debido a la alta temperatura que soportan. Las partículas sólidas, sino se
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agregan especialmente, están constituidas por carbón. La llama luminosa se produce, entonces, cuando el aire que entra al mechero es insuficiente. La descomposición del gas produce pequeñas partículas sólidas; constituidas por carbón (hollín) dando origen de esta forma a la llama luminosa + LLAMA NO LUMINOSA Se consigue debido a un íntimo contacto entre el aire y el gas antes de efectuarse la combustión, de tal manera de que casi no se producen partículas sólidas incandescentes, porque la combustión es completa. En este tipo de llama se distingue tres zonas * Zona Fría: De color oscuro constituida por una mezcla de gases y aire, sin quemar. * Cono interno: De color azul-verdoso brillante, es una fina envoltura de 1/50 mm donde se producen las reacciones iniciales necesarias para la combustión. La presencia de carbón y monóxido de carbono convierten a esta zona a una zona reductora. Se produce una combustión incompleta entre el gas y el oxígeno, según
C3H8 + 3O2
→
2CO + C + 4H2O + CALOR
* Cono externo: Es la zona más grande, de un color azul pálido, que se disemina en el aire y está constituida por los productos de la combustión siguiente, vapor de agua, y dióxido de carbono. En esta zona se tiene un exceso de oxigeno del aire y la más alta temperatura, que lo convierte en una zona enérgicamente oxidante. El punto más caliente de la llama se encuentra en esta zona, sobre la punta del cono interior. Se produce una combustión completa entre el gas y el oxígeno del aire según:
C3H8 + 5O2
3CO2 + 4H2O + CALOR
→
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2.2.
FIM
OPERACIONES FUNDAMENTALES
a) PRECIPITACIÓN : Un precipitado es el sólido que se produce en una disolución por efecto de cristalización o de una reacción química. A este proceso se le llama precipitación.
Dicha
reacción
puede
ocurrir
cuando
una
sustancia insoluble se forma en la disolución debido a una reacción química o a que la disolución ha sido sobresaturada por algún compuesto, esto es, que no acepta más soluto y que al no poder ser disuelto, dicho soluto forma el precipitado. En la mayoría de los casos, el precipitado (el sólido formado) baja al fondo de la disolución, aunque esto depende de la densidad del precipitado: si el precipitado es más denso que el resto de la disolución, cae. Si es menos denso, flota, y si tiene una densidad similar, se queda en suspensión. El efecto de la precipitación es muy útil en muchas aplicaciones, tanto industriales como científicas, en las que una reacción química produce sólidos que después puedan ser recogidos por diversos métodos, como la filtración, la decantación o por un proceso de centrifugado. En síntesis, la precipitación es la sustancia sólida visible que se forma al combinar varias sustancias. b) DECANTACION La decantación se utiliza para separar mezclas heterogéneas, que pueden estar conformadas por una sustancia líquida y una sólida, o por dos sustancias líquidas. Significa sedimentar, colocarse una de las sustancias en la base de la otra, por efecto de sus distintas densidades, lo que permite separarlas. El caso de decantación de un sólido en un líquido, es muy común en los procesos de potabilización del agua, para extraer las partículas más pesadas,
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antes de la filtración. Se lo deja reposar, y al cabo de un tiempo, las partículas del sólido suspendidas en el líquido se depositarán en el fondo del recipiente. Cuando esto sucede, el líquido se pasa a otro recipiente, dejando en la base el sólido, que podrá extraerse con facilidad. En el caso en que quiera procederse a la decantación de dos líquidos, éstos no deben formar solución, o sea deben ser inmiscibles. No puede emplearse por lo tanto en el caso del agua y el alcohol, que forman una mezcla homogénea, pero sí en el agua y el aceite, que es heterogénea. Se usa para este proceso físico una ampolla de decantación, donde se coloca la mezcla. El agua descenderá y se colocará en la base, mientras el aceite estará en la superficie. Se abre el rabinete (llave de la ampolla) y entonces el líquido se trasvasa a un recipiente colocado debajo. Luego se cierra la llave y así se logra la separación. Por extensión también se aplica el término decantación, a otras situaciones donde ciertas partes se separan del todo, por no pertenecer al mismo, ya sea por sus actitudes u opiniones divergentes. Por ejemplo “El curso se fue
decantando. Quienes no querían estudiar decidieron abandonarlo”, o “El sistema educativo se ha decantado hacia la enseñanza privada”.
c) FILTRACIÓN Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido. Las aplicaciones de los procesos de filtración son muy extensas, encontrándose en muchos ámbitos de la actividad humana, tanto en la vida doméstica como de la industria general, donde son particularmente
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importantes aquellos procesos industriales que requieren de las técnicas químicas. La filtración se ha desarrollado tradicionalmente desde un estudio de arte práctico, recibiendo una mayor atención teórica desde el siglo xx. La clasificación de los procesos de filtración y los equipos es diverso y en general, las categorías de clasificación no se excluyen unas de otras. La variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicación: desde sencillos dispositivos, como los filtros domésticos de café o los embudos de filtración para separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como los empleados en las industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de catalizadores de alto valor, o los sistemas de tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.
Ejemplo de filtración con papel filtro
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d) CALENTAMIENTOS La práctica común de calentamientos en el laboratorio se reducirá principalmente a realizar calentamientos con el fin de mantener la velocidad de una reacción química, para evaporar, para secar, o para disolver. Muy a menudo se usa los tubos de ensayo para estudiar las reacciones químicas. Por ello, para este caso, se debe tener las siguientes precauciones: * Calentar siempre de modo que la llama no se dirija al fondo del tubo o por encima del líquido * Pasar la llama por el tubo y darle movimientos rotativos sobre la llama del mechero. * Para evitar ebullición tumultuosa se recomienda agregar el vidrio molido o trozos de porcelana porosa * Para calentamiento suave, sujetar el tubo directamente con la mano, esto evitará extremar el calentamiento, que podría malograr las sustancias que se calienta u originar perdidas. e) PESADA Es una de las operaciones más corrientes usada en Química experimental y consiste en la determinación del peso o masa del material mediante la balanza, que es uno de los instrumentos más importantes del laboratorio químico. *Balanza Analítica: La balanza analítica es uno de los instrumentos de medida más usados en laboratorio y de la cual dependen básicamente todos los resultados analíticos. Las balanzas analíticas modernas, que pueden ofrecer valores de precisión de lectura de 0,1 µg a 0,1 mg, están bastante desarrolladas de manera que
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no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso. Aun así, el simple empleo de circuitos electrónicos no elimina las interacciones del sistema con el ambiente. De estos, los efectos físicos son los más importantes porque no pueden ser suprimidos.
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3.
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CALCULOS Y RESULTADOS 3.1.
ESTUDIO DE LA LLAMA
a) EXPERIMENTO 1
Se enrojeció solo una pequeña parte, ese hecho ocurrió luego de 3 minutos aproximadamente. La porcelana quedo impregnada de hollin. b) EXPERIMENTO 2
Se puso la porcelana sobre la llama no luminosa y alrededor de 1 minuto se enrojecio completamente por dentro, como se muestra en la foto. La porcelana no quedo rastro de hollin.
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c) EXPERIMENTO 3
* Con la llama luminosa, al pasar la tarjeta, en esta quedo hollin.
* Con la llama no luminosa, al pasar la tarjeta, esta quedo con la marca del hollin
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d) EXPERIMENTO 4 * Cuando se baja la rejilla, la llama comienza a achatarse; pero cuando esta se calienta, la llama la atraviesa. Con la llama luminosa, en la rejilla quedo hollín.
Con la llama no luminosa, la rejilla quedo limpia, incluso “desapareció” el hollín que antes había.
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* Cuando se enciende un palito de fosforo sobre la rejilla, aparece una llama justo en la misma línea del vástago del mechero. * Cuando se enciende el palito sobre la rejilla y se levanta esta, la llama también se levanta un poco, luego se apaga.
e) EXPERIMENTO 5 * Este tarda en prenderse unos 3.5 segundos, pero solo la cabeza de este, el resto se mantiene intacto.
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f) EXPERIMENTO 6 * Cuando se acerca el palito de fosforo encendido a la boca del tubito, este se enciende automáticamente, y el tipo de llama que presenta, es del tipo luminosa si la llama del mechero es del tipo luminosa; o no luminosa, si el tipo de llama del mechero es no luminosa.
3.2.
OPERACIONES FUNDAMENTALES
a) EXPERIMENTO 1 * Sin el vidrio el agua aparecen rápidamente burbujas y comienza a hervir a los 13 segundos.
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* Con el vidrio las burbujas no aparecen mucho pero comienzan a darse vibraciones, el agua hierve aparentemente a los 24 segundos.
b) EXPERIMENTO 2 * La altura con la que se llego a 100°C fue de 30 cm. *El agua evapora en 8 minutos con 30 segundos. c) EXPERIMENTO 3 * YODURO DE POTASIO + NITRATO DE PLOMO
Pb(NO3)2 + 2KI n° de moles
× −
2KNO3 + PbI2
→
2 × 1 0−
1 × 1 0−
* En teoría debería haber1 × 10− que seria, 0.461 *Nosotros medimos en la balanza y este salió 0.44 % =
( ) ó
% =
0.44 0.461
× 100%
× 100% = 95%
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* SULFATO DE COBRE + NITRATO DE PLOMO
CuSO4 + Pb(NO3)2
Cu(NO3)2 + PbSO4
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* ALUMBRE + CARBONATO DE SODIO
2Al(OH)3 +3Na2CO3
Al2(CO3)3 + 6NaOH
→
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CUESTIONARIO Tema: ESTUDIO DE LA LLAMA 1.-Haga un esquema del mechero y dibuje sus partes
2.- ¿Cuándo se produce la llama azulina no luminosa y cuando la llama luminosa? * La llama azulina luminosa se produce cuando el aire que ingresa es insuficiente. La descomposición del gas produce pequeñas partículas sólidas formadas por carbón. La llama no luminosa se produce por el último contacto entre el aire y el gas y este genera una combustión completa.
3.- Explique la presencia de las partículas de carbón en la llama luminosa, escribir las ecuaciones balanceadas de las reacciones en ambos tipos de llama * Las partículas de carbón se deben a la combustión incompleta por que se realiza sin oxígeno o con defecto de aire Llama luminosa: C 3 H 8 + 3O2
2CO + C + 4H 2O + CALOR
→
Llama no luminosa: C 3 H 8 + 5O2
3CO2 + 4H 2O + CALOR
→
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4.- ¿Cuál de las zonas de la llama es la zona “reductora” y por qué? * Es la zona cono interno (ver figura anterior). La presencia de carbón y monóxido de carbono convierten a esta zona en una zona reductora.
5.- ¿Cuál de las zonas de la llama es la zona “oxidante” y por qué? * Es la zona cono externo de color azul. El exceso de oxigeno del aire y de la más alta temperatura, la convierten en una zona oxidante.
6.- ¿Que se demuestra con el experimento de la tela metálica colocada horizontalmente a través de la llama o un trozo de cartón cartulina verticalmente en medio de la llama? * Las características de la llama luminosa y la llama no luminosa
7.- ¿Qué se demuestra con el experimento del tubito de vidrio? * Que una extensión de algún tipo de sistema parecido puede ser del tipo luminosa si le falta aire y no luminosa si no le falta aire
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8.- ¿Cuáles son las partes más frías y más calientes de la llama y a que se debe la diferencia de temperatura? * La zona más fría es el cono interno y la más caliente el cono externo. La diferencia de temperaturas se debe a la combustión completa e incompleta.
9.- De tres razones por lo que es preferible usar siempre la llama no luminosa * Se consigue una mayor eficiencia de combustible. * Por la temperatura que posee, acelera las reacciones químicas. * Incremente el rendimiento de las reacciones
10.- Explicar por qué un soplete alcanza temperaturas más elevadas que un mechero ordinario * Los sopletes alcanzan mayor temperatura por que cuentan con un suministro adicional de oxígeno y gas combustible que puede ser acetileno, metano, propano.
Tema: OPERACIONES FUNDAMENTALES Cuestionario 1: 1.- ¿Qué diferencia hay entre ambos calentamientos? Que en el agua con vidrio en este aparentemente comienza a hervir mucho después de que lo hiciera el agua sin vidrio; además, que no aparezcan las burbujitas previas al hervor y que aparezcan vibraciones. 2.- ¿Cómo cree que actúa el vidrio molido? Como un inhibidor, pues con el vidrio el agua necesitara acumular mas calor y por eso se demorara un poco más en hervir.
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Cuestionario 2: 1.- Haga un cuadro con los datos obtenidos en la prueba ´´a´´ H
T
(cm) (°C) 40
75
35
87
30
100
2.- Determine si hay relación lineal entre el tiempo y la cantidad de agua usada * Si la hay pues la cantidad de calor que puede producir el mechero es lineal respecto al tiempo y el calor que necesita el agua para hervir es proporcional a su más, por eso la cantidad de agua es proporcional al tiempo.
3.- ¿Cómo opera un radiador? * Acumulando y evitando que se desvíe el calor a otra parte que no fuera el crisol.
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Cuestionario 3: 1.- ¿En qué consiste la decantación? * En la separación de dos componentes de un sistema heterogéneo, que pueden estar conformadas por una sustancia líquida y una sólida, o por dos sustancias líquidas. Significa sedimentar, colocarse una de las sustancias en la base de la otra, por efecto de sus distintas densidades, lo que permite separarlas.
2.- ¿Qué características debe tener un papel de filtro? * Deben estar fabricados con linters de algodón y otras fibras vegetales de elevada pureza. Su velocidad de filtración es rápida o muy rápida, especialmente útiles en filtraciones de precipitados gruesos o en aquellas que no ofrezcan excesiva dificultad. 3.- ¿Qué embudo ofrece mayor ventaja para la filtración? *Los de vástago largo, porque con estos se encaminaría mejor las sustancia liquida hacia su respectivo vaso y así se podría evitar derramamientos o salpicaduras de sustancia peligrosas; es decir, porque es más seguro.
4.- ¿Qué diferencias observa entre dos precipitados? *Las masas obtenidas son diferentes. *Son de diferente color. *Uno precipitó más rápido que el otro.
5.- ¿Qué recomendaría para una buena separación de faces? * Hacer el procedimiento varia veces. * Usar un papel filtro nuevo para cada procedimiento. * Usar doble papel filtro.
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6.- Indicar los tiempos que demoran cada filtración: Yoduro de potasio – nitrato de plomo: 2 minutos 30 segundos. Sulfato de cobre-nitrato de plomo: 2 minutos 10 segundos.
Cuestionario 4: 1.- Indicar como afectara al valor de la densidad de solidos cuando se calcula en las siguientes situaciones: A. Parte del metal queda fuera del agua * La densidad aumenta porque el volumen ocupado disminuye.
B. En la probeta queda una burbuja bajo el metal * La densidad disminuye porque el volumen ocupado aumenta.
C. Se confunde alcohol por agua * La densidad no varía porque lo que se quiere saber es cuanto volumen tiene el metal y no el líquido.
2.- Idéese un método para determinar la densidad de un sólido que flota en el agua: ∶ = × × ; =
*El volumen del material lo calcularía como el caso del aluminio (será V) → ∗ ∗ = ∗ ∗ → =
→ =
()
; =1
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3.-Si un metal tiene forma de u cono de 3.5cm de altura y 2.5 cm de radio cuya masa es 41.82g ¿Qué metal es? =
ℎ 3
→ = 5.726cm → ≈ 7.303 ( )
*Entonces se trata del Indio( 7.310
)
4.- Si primero se pesa la probeta sin agua y después con agua ¿variará la densidad? * No, porque el peso que realmente interesa es del metal y no del agua o de la probeta.
5.-Explicar la diferencia entre densidad y gravedad especifica * Densidad: Es el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen de este. * Gravedad específica: Para los líquidos, es el cociente de la densidad de una sustancia y la densidad del agua. Para los gases, es la densidad de un gas entre la densidad del aire.
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4.
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OBSERVACIONES * Es necesario trabajar con suficiente oxígeno para realizar una combustión completa
puesto
que
nos
permite
evitar
la
contaminación
y
un
aprovechamiento eficiente de la energía. *Las partículas de hollín se adherían a la piel o las pinzas cuando se las tocaba. * Se quedaron pequeñísimas cantidades de masas de los precipitados en el papel de filtro. * El secado que se realizo fue en poco tiempo y pudo quedar líquidos en ellos. * El papel de filtro no retuvieron todas las partículas del precipitado. * La densidad del agua que se obtuvo en el laboratorio es igual al valor del que la teoría nos da como dato * La densidad del aluminio que se obtuvo es menor al que se nos da en la teoría.
5.
CONCLUSIONES * LLAMA LUMINOSA La llama presenta una coloración amarillenta Es bastante luminosa e irradia poco calor
Si sostenemos con unas pinzas una cápsula de porcelana en la parte superior de la llama, se observa un ennegrecimiento.
LLAMA NO LUMINOSA
La llama presenta un color azul pálido
Es poco luminosa e irradia bastante calor Si sostenemos con unas pinzas una cápsula de porcelana en la parte superior de la llama, se observa el depósito de pequeñas gotitas de agua
Produce CO y otras sustancias
Produce CO2 y H2O
La combustión es incompleta
La combustión es completa
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* Las manchas oscuras que aparecieron en los pedazos de porcelana son causa de la combustión incompleta del combustible, que como tal dejo restos de carbono sin reaccionar en forma de pequeñas partículas oscura al que se denomina hollín. * El hecho de que en palito de fosforo solo se quemara la cabeza de este es debido a que dentro del tubito del mechero no ocurre la combustión pues no está en contacto con el aire para que pueda darse. * Las vibraciones que se daban en el caso del agua con vidrio se debe a que esos pedazos impedían que se dé la transmisión del calor por medio de la convección (como es natural en el agua). * Los resultados respecto a las masas obtenidas de los precipitados no fueron exactos por las pérdidas de estos y las impurezas que no se considera en la teoría. * La densidad obtenida para el aluminio es menor debido a que el alumio puede estar impuro.
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FUENTES DE INFORMACIÓN QUIMICA, La Ciencia Central, Brown QUIMICA GENERAL; Petrucci http://www.tplaboratorioquimico.com/ http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio. http://es.wikipedia.org/wiki/Combusti%C3%B3n_incompleta http://es.wikipedia.org/wiki/Mechero_Bunsen http://www.slideshare.net/checoquimica/mechero-bunsen-presentation http://deconceptos.com/ciencias-naturales/decantacion
FIM
