ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Departamento de Ciencias Químicas Y Ambientales Laboratorio de Química Inorgánica Informe de la Práctica N°1 DOCENTE: ING. MARIA VERONICA ORDOÑEZ PAZMIÑO FECHA DE ENTREGA: 28/10/2016 1. INTEGRANTES Baidal Veloz Génesis Andrea Cedeño Vera Tito Antonio Feijoo Villa María Eduarda González Díaz Elizabeth Marilyn Rodríguez Suarez Lissy Gabriela 2. TEMA: Identificación de espectro de metales en la llama. (Espectro Visible) 3. OBJETIVOS 3.1.- OBJETIVO GENERAL
Identificar metales en un compuesto determinado mediante la exposición del mismo a la llama, con los respectivos colores en el espectro de emisión.
3.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Observar los cambios físicos y químicos de un compuesto metálico determinando así sus propiedades. Reconocer la procedencia de los diversos colores presentados en los compuestos metálicos expuestos a la llama.
4. INTRODUCCIÓN Y MARCO TEÓRICO. 4.1 INTRODUCCION El espectro de luz visible y los fenómenos de color que suceden al exponer una muestra de cierto compuesto químico en una flama poseen su semblanza. La raíz del dicho espectro se encuentra en la Teoría Cuántica y la Mecánica Ondulatoria. Housecroft (2006) narra que la Teoría Cuántica se desarrolló destacando al electrón como la partícula subatómica estable que permitió la construcción de las configuraciones electrónicas y los números cuánticos. No obstante, desafiando la aparente perfecta analogía, los electrones no se encuentran girando alrededor del núcleo atómico at ómico en elipses y circunferencias; la Mecánica Ondulatoria propuso que este tipo de leptones, más bien,
gira en las periferias de forma – y valga la redundancia- de ondas, y por ser el movimiento tan rápido, la envoltura se presenta como una nube y no en forma de órbitas. [1] Sin embargo, limitar los éxitos de la Teoría Cuántica y la Mecánica Ondulatoria en literatura sencilla, realmente no dice nada acerca de ellos. Gould (1958) establece que Max Planck logró explicar la razón por la que, por ejemplo, a bajas temperaturas, la radiación de un cuerpo caliente es principalmente de baja energía y tiene lugar en el infrarrojo, pero al aumentar la temperatura la radiación de color rojo apagado se vuelve, sucesivamente, rojo brillante y blanco. Lo Hizo a partir de la siguiente fórmula: E=hv; en dónde; h es la constante de Planck y v es la frecuencia de la radiación [2] Después, Balmer, Lyman, Paschen, Bracketh y Pfund señalaron que las longitudes de onda de las líneas espectrales y los espectros electromagnéticos se muestran a continuación:
Fig. 1: Espectros Electromagnéticos. Recuperado de: gobiernodecanarias.org Ahora bien, los elementos y compuestos químicos, al ser expuestos a una llama y pasar de un estado de agregación sólido a gaseoso, emiten un espectro característico que puede ayudar a determinar su composición, pero este no es un método tan fidedigno, pues algunos compuestos, la luz de la flama suele ser muy parecida.
4.2 MARCO TEÒRICO Una combinación de campos magnéticos y eléctricos oscilantes que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro, es lo que se conoce como radiación electromagnética. Esta energía se propaga en forma de onda; una onda electromagnética que viaja a la velocidad de la luz. Esta radiación puede manifestarse de diversas maneras o formas; por ejemplo, en forma de luz visible, calor radiado, rayos gamma o rayos X; y además se diferencia de otro tipo de radiaciones por que no necesita de un medio material de propagación; ya que a diferencia del sonido esta radiación se propaga en el vacío. La interacción de ondas electromagnéticas y de partículas que componen la materia y que además se encuentran cargadas eléctricamente; da como resultado diversos fenómenos. Estos fenómenos son básicamente la emisión de radiación electromagnética en diferentes rangos de frecuencias. La luz visible es uno de estos fenómenos. Las longitudes de onda de la luz visible están comprendidas entre 400 y 700 nm. Las partículas (como átomos o moléculas) que al interaccionar con la radiación electromagnética; dependiendo de la frecuencia, pueden originar variados procesos en los cuales partículas subatómicas (núcleos, electrones) o hasta el mismo átomo; absorben fotones. Es así que se inicia una transición desde los denominados estados fundamentales hacia estados excitados; esto se denomina absorción de fotones. El proceso inverso sería la emisión de fotones; que son partículas transmisoras de la fuerza electromagnética por lo tanto componen la luz, de estados excitados pasar a estados fundamentales. [3] Si hablamos sobre los efectos de estas radiaciones sobre las partículas subatómicas; en este caso los electrones, se diría que estos electrones al haber sido expuestos a dichas radiaciones, han podido reunir la suficiente cantidad de energía como para ascender de nivel o capas en la estructura atómica. Este electrón que ha pasado a otra capa de mayor energía; al momento de volver a su estado basal deberá emitir o “devolver” la energía
absorbida, y lo hace en forma de luz (emitiendo fotones). Esta emisión de fotones es característica de cada átomo existente; por lo que se puede identificar por este espectro de emisión a un determinado átomo. El espectro de absorción es la radiación electromagnética absorbida por el átomo o molécula en determinadas frecuencias y así mismo el espectro de emisión es aquel que el átomo o molécula emite; pero emitirá los espectros que no han sido absorbidos en las mismas frecuencias. Fueron Kirchhoff y Bunsen quienes trabajaron en el campo del análisis espectral de ciertas sustancias químicas; es por esto que a través de diversos estudios realizados ellos logran afirmar que cada elemento químico tiene su propio espectro de absorción y emisión característico. [4]
Gracias al invento de Bunsen; el mechero de Bunsen, y al trabajo conjunto con Kirchhoff, se desarrollaron métodos para el análisis espectral; con los cuales estudiando el espectro de algún compuesto se podría determinar su composición química. [4] En esta práctica se usa un mechero de alcohol como fuente de calor para excitar a los electrones de las especies química a analizar. Estas especies químicas son diferentes tipos de sales en cuya composición está presente un metal, en este caso se contó con la presencia de metales como el potasio, litio, calcio y cobre. Debido a que el ácido clorhídrico es un ácido fuerte; y al estar en su forma acuosa no solo tiene la propiedad de disociarse completamente en una disolución, sino que también es muy volátil, por lo cual es un reactivo necesario y útil en esta práctica; ya que proporciona un mayor grado de volatilidad al compuesto que se analice. Además, al ser muy utilizado en limpieza, es muy recomendable su uso para eliminar todo tipo de contaminación que pueda existir entre los respectivos experimentos con los diferentes compuestos que analizaron. Existen otros compuestos que proporcionan la volatilidad para realizar este tipo de análisis cualitativo, entre ellos está el alcohol etílico o etanol ( C2H6O) y el metanol ( CH3OH ), que también poseen la propiedad de ser buenos desinfectantes. Pero, ¿Los compuestos utilizados en el análisis de sus espectros reaccionan con HCl?. En este caso sabemos que el ácido clorhídrico es un ácido fuerte; compuesto por un catión hidrógeno y un anión cloro, y por otro parte tenemos sales ácidas que son el producto de sustituir todos los hidrógenos de un oxácido por cationes metálicos; entre estos dos compuestos, sales ácidas y ácido clorhídrico no hay reacción.
5. EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS. a. Materiales Mechero de Alcohol: Es un instrumento de laboratorio que se lo conoce también como lámpara de alcohol, está constituido por un recipiente generalmente de vidrio, una tapa o tapón de rosca agujerado por donde sobresale la mecha, y una tapa adicional para cubrir la mecha. El alcohol que se deposita en el recipiente de vidrio sube por la mecha por capilaridad aridada, es un instrumento que se usa cuando no se necesita un gran poder calorífico. Vaso de Precipitado: Es un material de laboratorio generalmente de vidrio o plástico, sus componentes de teflón y pyrex los hace resistentes al calor y la corrosión. Son recipientes graduados, pero no calibrado por lo que la graduación no es exacta. Se los utiliza normalmente para contener líquidos o sustancias de cualquier tipo.
Navaja o Estilete: Este instrumento que tiene una hoja pequeña se lo utilizó para afilar la punta del lápiz de grafito, y poder realizar con éxito la práctica. Lápiz 2H El lápiz al ser de grafito se utiliza debido a que es un elemento inerte que no reacciona al someterlo al calor, por lo que la práctica no se ve afectada. Gotero Instrumento de laboratorio que se lo utiliza generalmente para traspasar cantidades pequeñas de líquido, gota a gota entre recipientes. Se lo conoce también como cuentagotas. Vidrio Reloj Es un material de laboratorio, constituido de vidrio que tiene forma redonda y convexa, dichas características permiten que en él se puedan contener sustancias para luego mezclarlas o pesarlas.
b. Reactivos Cloruro de Potasio (KCl) Es un compuesto metálico, que se lo encuentra en forma cristalina de un color blanco, Se lo utiliza en las industrias de la medicina y alimentaria. Se lo emplea en la elaboración de la inyección letal para ejecución legal. Carbonato de Litio (LiCO 3) Es un compuesto metálico que no se lo encuentra de forma libre en la naturaleza, es una sal de color blanco. Se la utiliza en el tratamiento contra el trastorno de la bipolaridad, depresión y esquizofrenia. El consumo de dosis mayores a las indicadas puede causar la muerte. Cloruro de Calcio (CaCl2) Compuesto inorgánico de color blanco que se lo utiliza para el tratamiento de enfermedades ligadas a la falta o exceso de calcio en el organismo. También se lo utiliza en la industria de los alimentos y como coagulante en empresas que se dedican al tratamiento de aguas. Sulfato de Cobre (CuSO4) Es un compuesto que se lo encuentra en estado sólido, cristalino y de color azul, produce irritabilidad en la mucosa de los ojos y nariz, al combustionar libera gases tóxicos.
Ácido Clorhídrico (HCl) Es una disolución acuosa, muy corrosiva, se lo utiliza generalmente como un reactivo químico. Es un líquido incoloro que posee un olor penetrante. Si se inhala puede afectar las vías respiratorias y en contacto con la piel puede generar quemaduras.
7. RESULTADOS.
MUESTRA
F RMULA
COLOR
Cloruro de Potasio
KCl
Violeta pálido
Carbonato de Litio
LiCO3
Rojo Intenso
Cloruro de Calcio
CaCl2
Rojo - Naranja
Sulfato de Cobre
CuSO4
Verde Azulado
Tabla 1: Observación de los espectros de muestras conocidas
MUESTRA
F RMULA
COLOR
X
BaCl2
Verde - amarillo
Y
Na2CO3
Amarillo naranja Intenso
Z
FeCl3
Chispas con destellos brillantes
Tabla 2: Observación de los espectros de muestras desconocidas
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS. Al empezar la práctica se nos dieron varias muestras que fueron usadas para comparar la coloración de los espectros que emiten algunos metales y que ya tienen definido su color característico, así al introducir la punta de grafito limpia en la llama del mechero con alcohol no se logró observar ninguna coloración pero al ir tomando pequeñas cantidades de muestras de las sales de KCl, LiCO3, CaCl2, CuSO4 con la punta de grafito después de observar en tiempos cortos la exposición de los metales sometidos a la llama ardiente, se produjo un cambio de color en la llama como consecuencia de los espectros emitidos en la excitación de los átomos del metal al absorber la energía de la llama y devolverla en forma de luz. Los resultados fueron los siguientes: 8.1 En la muestra de Cloruro de Potasio cuya fórmula del compuesto es KCl; el catión potasio al ser expuesto en la llama emite un espectro color violeta pálido; este color se observó como un rosa en las primeras pruebas, ya que el color en un principio no mostraba mayor intensidad, luego se oscureció poco a poco a medida que colocamos más muestra hasta que se tornó en el color característico de su metal. 8.2 En la muestra de Cloruro de Calcio cuya fórmula del compuesto es CaCl2; el catión calcio al ser sometido a fuego emite un espectro color rojo naranja, este color si se observó inmediatamente después de ser colocada la sustancia en el fuego, pero su espectro sólo duró unos segundos. 8.3 En la muestra de Carbonato de Litio cuya fórmula es LiCO3el catión litio da el color rojo intenso al metal; al ser sometida la sustancia a la llama el espectro de emisión observado si fue el color rojo, este se contempló sin dificultades y justo en el momento que se puso a la sustancia en contacto con el calor. 8.4 Para la última muestra se utilizó al Sulfato de Cobre cuya fórmula del compuesto es CuSO4, el catión cobre al exponerse al fuego da lugar al color verde azulado, pero en las varias pruebas que realizamos se dieron algunas variaciones del verde como consecuencia de las impurezas que contenía el grafito al ser usado para los experimentos anteriores. Para la determinación de las muestras desconocidas hicimos lo contrario ahora observamos cuidadosamente el color que se producía al exponer la sustancia al contacto con la llama, para compararlo con algunos de los espectros de emisión de algunos metales ya conocidos y a través de estos hallar la fórmula de la sustancia. El color observado al someter cada sustancia en la llama del mechero fue: 8.5 Para la muestra X verde amarillo, este color corresponde a un espectro de emisión característico del Cloruro de Bario cuya fórmula es BaCl2 8.6 Para la muestra Y amarillo naranja intenso, este color corresponde a un espectro emitido por el Carbonato de Sodio cuya fórmula es Na2CO3
8.7 Para la muestra Z chispas y destellos brillantes, este color corresponde a un espectro emitido por Cloruro de Hierro cuya fórmula es FeCl 3
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 9.1.- CONCLUSIONES
Se pudo identificar la presencia de metales en los compuestos, esto se da gracias a que cada elemento imparte una coloración característica, la misma que es causada por el salto de electrones en los últimos niveles de energía de cada elemento metálico, se denomina excitación de electrones también porque absorben energía. Los elementos metálicos se encuentran en los compuestos de manera iónica en estado sólido estos cuando se calientan o se disocian dando átomos gaseosos no iones. Se utilizó el ácido clorhídrico (HCl) porque es un ácido que reacciona de manera rápida formando nuevas sustancias el catión de la sal reacciona con anión del ácido clorhídrico o se disocian en sus iones identificando así solo el catión. Los átomos de algunos elementos emiten luces de distintos y brillantes colores que nuestros ojos pueden percibir sin dificultad.
9.2.- RECOMENDACIONES
Tener las debidas precauciones al momento de exponer la muestra a la llama puesto que puede ser contaminado rápidamente. Lavar con HCl concentrado hasta que podamos notar que el color de la llama no se altere. Los compuestos en los que se van a identificar los cationes metálicos deben estar en su mayor porcentaje de manera pura para que sea visible el color y evitar errores en la observación. El compuesto debe estar expuesto a la llama luminosa ya que al momento de someterse a alta temperatura reacciona formando átomos gaseosos.
10. BIBLIOGRAFÍA [1] Housecroft, C, Sharpe, A. (2006). “Química Inorgánica”. México: Escuela Superior de Ingeniería Química Industrial Extractiva. [2] Gould, E. (1958). “Química Inorgánica: Introducción al estudio de las estructuras y reacciones inorgánicas”. Estados Unidos de Norteamérica: Instituto Politécnico de Brooklyn. [3] Fontal, B., Suarez, T., Reyes, M., Bellandi, F., Contreras, R., Romero, I. (2005). “El Espectro Electromagnético y sus Aplicaciones”. Venezuela: Escuela Venezolana para la Enseñanza de la Química. [4] Pelayo, M., (2009). Espectroscopia estelar y solar en el infrarrojo cercano (tesis de pregrado). UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS, Lima, Perú.
APÉNDICE
Ilustración 1: El color violeta indica la presencia de potasio en la muestra
Ilustración 2: El color rojo intenso indica la presencia de litio en la muestra
Ilustración 3: El color rojo-anaranjado indica la presencia de calcio en la muestra
Ilustración 4: El color verde azulado nos indica que existe cobre en la mezcla
Ilustración 5: Muestra x
Ilustración 6: Muestra y
Ilustración 7: Muestra z
