UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA TELECOMUNICACIONES
INFORME DE LABORATORIO Nº3:
PROFESOR: LARRY AGUIRRE MENDEZ INTEGRANTES: LUIS CARLOS GUTIERREZ ALMENARA WERNER JULIAN MEJIA HENOSTROZA EDWIN JORGE GALVEZ BELTRAN
MAYO – 2017
EXPERIMENTO 1: DIFERENCIA ENTRE “SÓLIDO AMORFO” Y “SÓLIDO CRISTALINO” SÓLIDO AMORFO: Presentan un acomodo estructurado en el espacio, pero su acomodo es más desarreglado. Sus puntos de fusión son bajos y también no son exactos, pero se les puede ubicar en un rango de temperatura. En general no son tan duros estos solidos. Los sólidos amorfos son más estables, gracias a la ley de entropía que dice que el "desorden" es más estable que el "orden". Un ejemplo de ellos es Carbón (Grafito) es un sólido amorfo tiene un Punto de Fusión muy bajo y es blandito (velo en la punta de un lápiz).
FUSIÓN DE UN SÓLIDO AMORFO: Hallaremos la temperatura de fusión un trozo de brea y un trozo de plástico, pero como son solidos amorfos sus temperaturas de fusión no son exactas, así que las hallaremos por un rango aproximado. -Para el trozo de brea, se halló que a la temperatura de 75-80ºC algunos pedazos de la brea ya están fundidos, y aproximadamente a la temperatura de 130ºC ya todos los pedazos de brea se encuentran fundidos, pues de aquí se deduce el rango aproximado de la temperatura la brea y nos damos cuenta también por por que presenta un desordenamiento irregular. -Para el trozo de plástico, se encontró que a la temperatura de 73ºC empieza por los bordes a fundirse, y aproximadamente hasta la temperatura de 140-150ºC ya todo el componente estaría fundido. Ambos no cuentan con temperatura de fusión definidos.
SÓLIDO CRISTALINO: Bueno el sólido cristalino es, como se dice, cristales, redes cristalinas teniendo una estructura periódica y ordenada. En general son compuestos iónicos o covalentes puros cuyos puntos de fusión son mucho más altos que los sólidos amorfos y más duros. Un ejemplo de ellos es el Carbón (Diamante)
es un sólido sólido cristalino, presentan presentan Punto de Fusión Fusión muy alto alto y exacto, y es
extremadamente duro.
FUSIÓN DE UN SÓLIDO CRISTALINO: Hallaremos la temperatura de fusión una muestra de naftalina. En este proceso, se pudo determinar experimentalmente que la temperatura de fusión de la naftalina es 74ºC.
Diagrama aproximado de la distribución de los materiales a usar en el experimento fusión de un sólido cristalino.
La naftalina posee una temperatura de cambio, esto se debe a que el naftaleno posee un ordenamiento que hace que sus propiedades sean uniformes, por lo que se le conoce como solido cristalino.
CONCLUSIONES: Los datos que obtuvimos no concuerdan exactamente con los datos teóricos esto es debido a los factores externos que intervinieron, como son la t emperatura del ambiente, la humedad, etc.
EXPERIMENTO 2: PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS
Higroscopia
Izquierda: Sulfato de cobre anhidro al iniciar el experimento. Derecha: Sulfato de cobre luego de una hora.
Reacciones involucradas: En este experimento, se observa la reacción de hidratación del sulfato de cobre anhidro a sulfato de cobre pentahidratado al interactuar con la humedad del ambiente.
CuSO4 + 5H2 O → CuSO4 . 5H2 O (Reacción de hidratación del sulfato de cobre)
Análisis de lo sucedido en el experimento: Al dejar expuesto al ambiente el sulfato de cobre por espacio de una hora, se empezó a notar un paulatino pero constante cambio en la coloración del mismo, evidencia de una reacción química (cambio de propiedades organolépticas), de un celeste pálido a un azul metálico de tonalidad fuerte. ¿Qué sucedió? Recordamos una propiedad de algunos sólidos cristalinos: higroscopia, la cual se define como la capacidad de algunas sustancias de hidratarse, es decir, añadir en su composición química moléculas de agua, que en muchos casos, provienen de la humedad ambiental. Para el caso particular del sulfato de cobre, si solamente está exp uesto a la humedad ambiental, este hidrata en sulfato de cobre pentahidratado, lo cual se observa al final de la exposición, es decir, al final del experimento. Si se desea regresarlo a sulfato de cobre anhidro, tan solo basta someterlo a un proceso de calentamiento, las moléculas de agua se evaporarán y se tendrá de vuelta la sustancia anhidra.
Delicuescencia
Izquierda: Hidróxido de sodio al iniciar el experimento. Derecha: Hidróxido de sodio luego de una hora.
Reacciones involucradas: El hidróxido de sodio absorbe agua o humedad del ambiente, y, si la absorbe en suficiente cantidad, es capaz de pasar a ser una solución saturada de hidróxido de sodio, por lo que su estado aparente a simple vista sería el de un líquido.
Análisis de lo sucedido en el experimento: Al dejar expuesto el hidróxido de sodio al ambiente por espacio de una hora, a los pocos minutos de iniciado el experimento se observa como si este se estuviera “derritiendo”, para luego secarse y
formar una especie de pasta sólida que se encuentra distribuida alrededor de lo que queda de la pepita de hidróxido sólido. ¿Qué sucedió? Podemos explicar este fenómeno por una propiedad de los sólidos cristalinos: delicuescencia, la que se define como la capacidad de algunas sustancias (especialmente cloruros e hidróxidos) de absorber moléculas de vapor de agua del aire húmedo para formar hidratos o soluciones saturadas de los mismos. Este fenómeno ocurre si la presión parcial de vapor de agua en e l aire es mayor a la presión del vapor del sistema hidrato a la temperatura dada, y en esto radica su mayor diferencia de la anterior propiedad, higroscopia. Esto también explica por qué, a diferencia de la anterior experiencia, no toda la sustancia reac ciona con la humedad del ambiente, debido probablemente a no alcanzar la suficiente presión de vapor de agua del ambiente para superar la del sistema hidrato.
Sublimación
Izquierda: Pepita de yodo en el tubo de ensayo. Derecha: Vapor producto del calentamiento del yodo.
Observación: Tener especial cuidado al momento de iniciar y concluir el experimento con el, evitar tener contacto con el yodo sólido puesto que es muy corrosivo y puede generar lesiones en la piel, y también evitar inhalar los vapores de yodo, puesto que son m uy irritantes tanto para los ojos como para la mucosa nasal.
Reacciones involucradas: Este experimento trata de un simple cam bio físico: la sublimación, que consiste en el paso directo de una sustancia de una fase sólida a la fase gaseosa, sin pasar por la fase líquida. Este paso normalmente recibe también el nombre de sublimación directa, mientras que el sentido contrario (de fase gaseosa a fase sólida) recibe e l nombre se sublimación inversa. Así, en un sistema en equilibrio químico:
I2(s) ↔ I2(g) (Sublimación directa del yodo)
Análisis de lo sucedido en el experimento:
Luego de calentar el agua en el vaso, e introducir el tubo tapado con la pepita de yodo, se observa que en el interior del tubo de ensayo el yodo en estado sólido color negro, desprende un vapor de color violeta tenue, hasta que el tubo de ensayo es retirado y la temperatura vuelve a su medida anterior. ¿Qué sucedió? Si recurrimos a información adicional, nos daremos cuenta rápidamente que el fenómeno observado corresponde al desprendimiento de vapor de yodo, el cual tiene este color característico. Esto nos quiere decir que aquí ocurrió un cambio químico: sublimación de tipo directa (de fase sólida a fase gaseosa) lo cual es fácilmente verificable si revisamos las propiedades físicas del yodo (presión y temperatura) en su diagrama de fases
A presiones menores a 1 atm. y a temperatura ambiente, vemos que es posible con un simple calentamiento pasar al yodo de estado sólido a gas sin necesidad de pasar por el líquido, lo cual sucede en este experimento.
Diagrama de fases para el yodo en inglés (no está a escala).
EXPERIMENTO 3: OBTENCIÓN DE SÓLIDOS CRISTALINOS A PARTIR DE UNA SOLUCIÓN SOBRESATURADA
Izquierda: Cristales de sulfato de cobre antes del calentamiento. Derecha: Cristales de sulfato de cobre después del calentamiento.
Reacciones involucradas: Para obtener los cristales de sulfato de cobre pentahidratados (pequeños cristales de tonalidad azul marina), en este caso se sigue un proceso diferente al de ex ponerlos al ambiente y esperar su formación. Se sumergen los cristales anhidros en agua para luego calentarlos y formar una solución sobresaturada de sulfato de cobre. Al ser una solución sobresaturada, esta contiene m as sulfato de cobre del que puede disolver, siendo la única manera de mantener disuelto todo el soluto tener la solución a alta temperatura, por lo que al enfriarse, la cantidad que e stá por encima del límite de solubilidad permitida a temperatura ambiente solidificará y sedimentará, son estos cristales (en este caso también pentahidratados) los que se obtienen. Se observa que, a diferencia de los anteriores cristales obtenidos por higroscopia, estos t ienen más tamaño, unas especies de “líneas” o “trazos” sobre su superficie y una tonalidad más pálida que los anteriores,
que se relacionan con el método de obtención empleado.
EXPERIMENTO 4: CARACTERIZTICAS DE SOLIDOS CRISTALINOS Esta parte del informe de laboratorio, es un apé ndice gráfico de algunas de las principales estructuras cristalinas cuyas maquetas se observaron en el laboratorio.
*NOTA: Toda esta información estará bien detallada en la parte de CUESTIONARIOS (Numero 4)
Empaquetamiento cúbico simple:
Modelo de empaquetamiento cúbico simple a base de vidrio y pelotas de tecnopor.
Empaquetamiento cúbico de cuerpo centrado:
Modelo de empaquetamiento cúbico de cuerpo centrado a base de vidrio y pelotas de tecnopor.
Empaquetamiento cúbico de cara centrada:
Modelo de empaquetamiento cúbico de cara centrada a base de vidrio y pelotas de tecnopor.
Empaquetamiento hexagonal compacto:
Modelo de empaquetamiento hexagonal compacto a base de vidrio y pelotas de tecnopor.
EXPERIMENTO 5: DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN DEL ALCOHOL ETÍLICO
OBSERVACIONES: Al introducir el tubo capilar en el tubo de prueba, el alcohol etílico comenzó a ascender hasta el extremo cerrado del tubo capilar, esto debido a la diferencia de presiones en la parte de alcohol libre y la parte de alcohol debajo del capilar. Mientras el sistema se iba calentando se observo pequeñas burbujas, tanto como en el agua como en el alcohol. Al momento de salir la última burbuja del capilar, el termómetro midió aproximadamente 80 º C, que corresponde a nuestro valor experimental del punto de fusión del alcohol etílico. Finalmente se observo que el alcohol etílico nuevamente ascendió hasta el extremo cerrado del capilar.
CUESTIONARIO 1) DEFINIR LOS TERMINOS:
HIGROSCOPIA Los compuestos higroscópicos son aquellos que atraen agua en forma de vapor o de líquido del ambiente donde se encuentran, dada esta capacidad, a menudo son utilizados como desecantes. Cada sustancia tiene la llamada humedad de equilibrio, esta es un contenido de humedad tal de la atmósfera a la c ual el material capta humedad del ambiente a la m isma velocidad que la libera. Si la humedad del ambiente es menor que este valor de equilibrio, el material se secará, si la humedad ambiente es mayor, se humedecerá, reduciendo la humedad ambiental. Por esa razón, minerales como el cloruro de calcio son capaces de captar agua de la atmósfera en diferentes tipos de ambientes, porque su humedad d e equilibrio es muy baja. Esta clase de sustancias se utilizan como desecadores.
DELICUESCENCIA Una capacidad similar a la higroscopia, es la delicuescencia. Los materiales delicuescentes son sustancias (en su mayoría sales) que tienen una fuerte afinidad química por la humedad y que absorben grandes cantidades de agua al exponerse a la atmósfera, y, a diferencia de los compuestos higroscópicos, se convierten finalmente en una solución líquida. Debido a su gran afinidad por el agua, estas sustancias suelen ser usadas como desecantes. Al diluir estos compuestos con el agua, se modifican sus propiedades. Estas modificaciones se conocen como propiedades de una solución, y pueden ser:
SUBLIMACION Es un término de la Física que significa "Pasar directamente del estado sólido al del vapor". Hacer que la materia pase del estado sólido al gaseoso, sin pasar en ningún momento por el estado líquido, es la acción de sublima
SÓLIDO AMORFO Estos sólidos carecen de formas bien definidas. 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.
SÓLIDO CRISTALINO Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas. Cuando se aumenta la temperatura, los sólidos se funden y cambian al estado líquido.
ANISOTROPÍA La anisotropía es la propiedad general de la materia según la cual cualidades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas .Algo anisótropo podrá presentar diferentes características según la dirección. La anisotropía de los materiales es más acusada en los sólidos cristalinos, debido a su estructura atómica y molecular regular.
ISOTROPÍA La isotropía es la característica de algunos cuerpos cuyas propiedades físicas no dependen de la dirección en que son examinadas. Es decir, se refiere al hecho de que ciertas magnitudes vectoriales conmensurables dan resultados idénticos independientemente de la dirección escogida para dicha medida.
ALOTROPÍA Característica de ciertos elementos que pueden aparecer en más de una forma con distintas propiedades físicas y químicas, a causa de la distinta agrupación de los átomos que constituyen sus moléculas.
POLIMORFISMO El polimorfismo es la capacidad de un material sólido de existir e n más de una forma o estructura cristalina. El polimorfismo se encuentra posiblemente en cualquier material cr istalino incluyendo polímeros, minerales y metales, y se re laciona con la alotropía, referida a elementos químicos. La morfología completa de un material se describe mediante polimorfismo y otras variables tales como hábito cristalino, fracción amorfa o defectos cristalográficos.
PUNTO DE FUSIÓN El punto de fusión es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido-líquido, es decir, la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.
PUNTO DE EBULLICION La definición formal de punto de ebullición es aquella temperatura e n la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio e n el que se encuentra. Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del e stado líquido al estado gaseoso.
PRESIÓN DE VAPOR DE SÓLIDOS Y LIQUIDOS La presión de vapor es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. Este fenómeno también lo presentan los sólidos; cuando un sólido pasa al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido (proceso denominado sublimación o el proceso opuesto, llamado sublimación inversa) también hablamos de presión de vapor.
2) MEDIANTE UN CUADRO, ESTABLEZCA LAS CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS COVALENTE, IONICO, MOLECULAR, METALICO, INDICAR ADEMAS, NATURALEZA DE ENLACE Y UNOS EJEMPLOS:
3) BUSCAR EN LA BIBLIOGRAFIA LA TEMPERATURA DE EBULLICION NORMAL DEL ACOHOL ETILICO Y LA TEMPERATURA DE FUSION DEL NAFTALENO. COMPARE CON SUS DATOS EXPERIMENTALES. DETERMINAR EL PORCENTAJE DE ERROR Y QUE FACTORES PARA QUE EXISTA DICHO ERROR:
Alcohol Etílico: Consultando información, se sabe que la temperatura de ebullición teórica del alcohol etílico vale 78,4ºC, por lo tanto nuestro porcentaje de error es: %ERROR = [(Valor Teórico – Valor Experimental) / (Valor teórico)]*100 % ERROR = [(78,4ºC – 80ºC) / ( 78,4ºC)] * 100 % ERROR = - 2,0408%
Considerando el valor absoluto, podemos decir que nuestro valor experimental se desvía un 2 .0408% de nuestro valor experimental. A continuación damos algunas causas que produjeron el error obtenido:
La incertidumbre del termómetro, el error inevitable en todos los aparatos de medida. El valor teórico se calcula en base a una presión y constante, pero nuestro calculo es en realidad lo con la presión variable del ambiente. Se hubiese enviado un valor más exacto si al apagar el mechero, hubiéramos ret irado al equipo de la misma. No se hizo esta operación debido a que el termómetro/tubo colgaban de un soporte, mientras que el vaso no. Algún porcentaje de impureza debió tener e l alcohol etílico
Naftalina: En el laboratorio 74 ºC , dato teórico 80 ºC % ERROR = [(80ºC – 74ºC) / ( 80ºC)] * 100 % ERROR = 7.5%
4) ESTABLEZCA UN EJEMPLO DE UN SOLIDO CUBICO DE CARA CENTRADA, DE CUERPO CENTRADO, SIMPLE Y HEXAGONAL, N° DE ATOMOS POR CELDA, FACTOR D E EMPAQUETAMIENTO ATOMICO, NUMERO DE COORDINACION.
5) DIAGRAMA DE FASE DEL H2O
DIAGRAMA DE FASE DEL CO2:
Diferencias:
En los diagramas de fase mostrados, existe una gran diferencia en la pendiente de la curva entre las fases sólida y líquida: en el caso del agua es negativa, mientras que en el del CO2 (como la mayoría de las sustancias) es positiva. El agua se comporta de manera excepcional porque el hielo es menos denso que el agua líquida: cualquier muestra de agua en forma de hielo ocupa un volumen mayor que el que ocupa como agua líquida, debido al gran espacio vacío, originado por la formación de los puentes de hidrógeno.
Aclaraciones:
Punto Triple: El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presión de vapor. Punto Crítico: Punto en el diagrama de fases de una sustancia determinada por algún valor de Temperatura y presión por encima de la cual no se puede condensar un gas de la sustancia dada. Curvas de Equilibrio: Curvas del diagrama de fases en las cuales para diferentes valores de presión y temperatura la sustancia se puede encontrarse en dos estados diferentes. Estados de agregación: para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, en relación con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen.
CONCLUSIONES GENERALES
EXPERIMENTO 1 , SOLIDOS AMORFOS
Después de ejecutar esta experiencia se puede llegar a la conclusión de que los sólidos amorfos no tienen un punto de fusión definido sino un intervalo de temperatura de fusión.
EXPERIMENTO 2 , PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS CRISTALINOS
a. HIGROSCOPIA. El color azul es la muestra de que esta sustancia comienza a absorber la humedad del medio ambiente que esta humedad hace una reacc ión produciendo este color azulado por ello llegamos a la conclusión que el sulfato de cobre es una sustancia higroscópica. b. DELINCUESCENCIA Por las observaciones anteriores llegamos a la conclusión de que efectivamente el hidróxido de sodio es una sustancia delicuescente ya que el hidróxido de sodio comienza a absorber la humedad del medio ambiente y en su superficie se comienza a depositarse esta humedad con lo cual esto ayuda a que este comienza a pasar a su fase liquida.
Sublimación. Concluimos que el iodo solido en las condiciones de presión y temperatura adecuadas tiene la capacidad de sublimar.
EXPERIMENTO 3 , OBTENCION DE SOLIDOS CRISTALINOS
Los cristales se pueden representar mediante su fórmula de coordinación [Cu (OH2)4(SO4)].H2O, en estado sólido la estructura tiene cuatro moléculas de agua coordinadas al ion Cu2+en una distribución plana cuadrada, con dos aniones SO42- unidos débilmente.
EXPERIMENTO 4 , CARACTERIZTICAS DE LOS SOLIDOS CRISTALINOS
Empaquetamiento cubico simple: Al realizar esta experiencia se puede concluir que en la estructura cubica simple, el 48% del volumen de la celda es vacía. Empaquetamiento cubico de caras centradas: Al realizar esta experiencia se puede concluir que en la estructura cubica de cara centrada, el 26% del volumen de la celda es vacía. Empaquetamiento cubico de cuerpo centrado: Al realizar esta experiencia se puede concluir que en la estructura cubica de cuerpo centrado, el 32% del volumen de la ce lda es vacía. Empaquetamiento hexagonal compacto: Al realizar esta experiencia se puede concluir que en la estructura hexagonal compacto, el 26% del volumen de la celda es vacía.
EXPERIMENTO 5 , PUNTO DE EBULLICION DEL ALCOHOL ETILICO
Concluimos que el alcohol presenta una temperatura de ebullición menor respecto del agua; el cual es de 78°C, a una presión cercana a 1 atm.
Bibliografía
http://www.galeon.com/
Enciclopedia Microsoft Encarta 2002 ®
Química Raymond Chang
Guía de Laboratorio de Química. UNI-FIEE, Ciclo 2012-1.
