ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Ingeniería en Alimentos Química orgánica
Calentamiento: Mecheros y llamas
Profesor: Rendón Morán Michael
Elaborado por: Guzmán Silva Diego
GUAYAQUIL - ECUADOR Segundo Término 2015
1. Objetivos: 1.1. Objetivo General: Conocer el funcionamiento del mechero. Analizar las partes de la llama para determinar su aplicación. 1.2. Objetivos específicos: Identificar los distintos tipos de mecheros y reconocer sus partes. Ejercitar el manejo y revisar el sistema operacional del mechero de Bunsen. Realizar el estudio práctico de la llama y establecer un análisis físico y químico.
2. Fundamento de la práctica : Las llamas dependen del tipo de combustión de la cual se originen y en consecuencia su desempeño varía de acuerdo al tipo de tarea que se quiera realizar, en esta práctica uno de los procedimientos es el estirado y doblado de varillas de vidrio y esto es posible según la energía calórica que se desprenda de la llama. 3. Marco Teórico: Combustión: Es la reacción química exotérmica producida entre una sustancia o mezcla de sustancias a las cuales se las denomina combustible y estas son las que arden con el oxígeno de forma gaseosa ( O2) del ambiente al cual se lo nombra como comburente y es el más usual en dicha reacción.
Es una oxidación ya que es la combinación de diversos elementos que al reaccionar con el oxígeno se producen óxidos. Combustión completa: Se da cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado posible de oxidación, por lo cual no habrá presencia de sustancias combustibles en los productos o humos de la reacción. Combustión incompleta: Se produce cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y en consecuencia habrá presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de la reacción. Llama: Una de las principales características en esta reacción es que se desprende energía lumínica y calórica y se llevan a cabo rápidamente. Se produce la llama que es una masa gaseosa incandescente.
Dependiendo del combustible y de la cantidad de oxígeno y que en consecuencia surgirá combustiones completas o incompleta es que varían los colores (intensidad lumínica) y el calor. La llama se divide en varias partes como se muestra en la figura 1.
Figur a 1 Partes de la llama
Mechero: Equipos utilizados en el laboratorio para calentamiento o esterilización de muestras o reactivos. Existen varios tipos de mecheros que utilizan diferentes combustibles; el más utilizado en el laboratorio es el mechero de Bunsen debido a que proporciona una llama constante y con alta energía calórica, otro tipo de mechero es el de alcohol, el cual tiene como combustible alcohol etílico; se lo utiliza cuando no se requiere un gran poder calorífico.
4. Metodología: 4.1. Materiales
Vela de Cera Mechero de Alcohol Varilla de Vidrio Pinza de Crisol Malla de Amianto Mechero de Bunsen Magnesio Cerillos
4.2. Reactivos
Parafina Alcohol Etílico Gas Propano/Butano Magnesio
4.3. Procedimiento Los Mecheros:
a) Encender una “vela de cera”. Considerar el tiempo, esfuerzo u otro, empleado en esta acción, y aportarlos en la tabla de datos adjunta. b) Apagar la vela con un soplo para la formación de un velo o franja de humo; y acercarle inmediatamente una llama de palo de fósforo. Observar y anotar. c) Encender un mechero de alcohol. Anotar los detalles que se piden en la tabla. d) Encender el mechero de gas, y anotar los detalles de esta acción. Advertir que al mover un dispositivo, la llama cambia de color. e) Examinar las partes del mechero de Bunsen. Revisar las válvulas para identificar cual es la que permite el paso del gas y cuál es la que permite el paso del aire. Las Llamas:
a) Cerrar la entrada de aire de un mechero de Bunsen, y abrir ligeramente la del gas, e inmediatamente, acerque la llama de un fósforo en la parte superior del mechero y siga abriendo lentamente el paso del gas hasta obtener una llama en el mechero. b) Analizar el aspecto de la llama formada con la entrada de aire cerrada; y recuérdela como llama 1, o Ll1 Anote sus apreciaciones.
Figur a 2 Llama del mechero con la entrada de aire cerrada.
c) Abrir la entrada de aire del mechero y analizar el aspecto que toma la llama, regístrela como llama 2, o Ll2. Anote sus observaciones.
Figura 3 Llama del mechero con la entrada de aire abierta.
d) Insertar en el centro de la boca del mechero con Ll2, el extremo de un tubo de vidrio pequeño; y, acerque la llama de una vela en el otro ext remo del tubo. e) Introducir un pedazo de cinta de magnesio en una llama 1 con ayuda de una pinza, y registre el tiempo que emplee para lograr su combustión.
Figura 4 Combustión de la tira de magnesio en la llama 1.
f) Usar otro pedazo de magnesio, en una llama 2; introducirla primero, en la zona más pequeña o cono inferior; luego de 20 segundos, llévela a la zona más externa o cono superior, después de 20 segundos; pásela a la zona intermedia. Anotar sus apreciaciones.
Figura 5 Combustión de la tira de magnesio en la llama 2.
g) Sostener con pinza una malla de amianto sobre una Ll1, durante 3 minutos; retire y observe la malla. Repetir con una Ll2 y anotar lo observado.
Figura 6 Calentamiento de la malla de amianto con la llama 1.
Figura 7 Malla de amianto con hollín después del calentamiento con la llama 1.
Figur a 8 Calentamiento de la malla de amianto con la llama 2.
Figur a 9 Malla de amianto consumida después del calentamiento con la llama 2.
Trabajos con varilla de vidrio:
Cortado de varillas
Medir 40 cm en un tubo (varilla) de vidrio y hacer una marca transversal. Rayar con una lima en la marca del tubo. Sujetar con dos manos el tubo colocando franela y los dos pulgares atrás
de la fisura. Realizar una pequeña fuerza para que los pulgares ejerzan presión en la incisión, al mismo tiempo que sus manos tiran hacia los extremos. Rayar más profundo si no se rompió el tubo, y repita los dos pasos anteriores.
Estirado y doblado de varillas:
Sujetar por los extremos un tubo de 40 cm. Girar la varilla e introducir su parte media, en la zona más caliente de la llama 2
del mechero; nótese un estado incandescente.
Figur a 10 Calentamiento de la varilla de vidrio en la llama 2.
Mantener el tubo en calentamiento (sin dejar de girar) hasta cuando pierda rigidez;
para estirar desde los extremos fuera de la llama y lograr un diámetro muy fino en su parte media, para en frío fraccionarlo en dos.
Figur a 11 Estiramiento de la varilla de vidrio.
Sujetar por extremo delgado el tubo obtenido en el paso anterior; y, haciéndolo
girar caliente su parte cercana al otro extremo, hasta que comience a doblarse por gravedad sin presión; avance unos milímetros la llama sobre el tubo, siempre girando (medios giros con retrocesos) y permita seguir doblando por gravedad (puede ayudarse presionando ligeramente con una pinza); continúe avanzando la parte incandescente y doblando hasta obtener un ángulo curvo de 45° aproximadamente.
Figur a 12 Doblado de la varilla de vidrio.
5. Resultados: Análisis de los Resultados a) Escribir todas las ecuaciones de las reacciones que se produjeron; las de cada uno de los mecheros, como las de llamas 1 y 2. Vela
Reacción: C25H52 + O2 ⟶ CO2 + H2O Reacción Equilibrada: C25H52 + 38O2 ⟶ 25CO2 + 26H2O + Calor Mechero de Alcohol
Reacción: C2H6O + O2 ⟶ CO2 + H2O Reacción Equilibrada: C2H6O + 3O2 ⟶ 2CO2 + 3H2O + Calor Mechero de Bunsen •
Llama 1 (combustión incompleta)
Hidrocarburo + O2 ⟶ CO + C + H2O + Calor • Llama 2 (combustión completa) Hidrocarburo + O2 ⟶ CO2 + H2O + Calor
b) Describir las partes o zonas de las distintas llamas (llama 1 y 2). Llama 1 Zona de Oxidación: Cono externo de gran tamaño y de color amarillo. Zona de Reducción: Coloración naranja y de mayor tamaño. Zona Fría: Presenta un color azul de bajo tono. Llama 2 Zona de Oxidación: Cono exterior de color azul violeta. Zona de Reducción: Coloración azul y de menor tamaño. Zona Fría: Presenta un color azul claro. c) Detallar en un gráfico las partes de un mechero Bunsen, un mechero de alcohol, y una vela.
Mecha Parafina
Figur a 13 Vela y sus partes.
Mecha
Alcohol
Tapa
Figur a 14 Mechero de alcohol y sus partes.
Figur a 15 Mechero de Bunsen y sus partes.
d) Identificar y explicar sobre la combustión completa, y combustión incompleta.
La combustión completa en el mechero de Bunsen se dio cuando cerramos con el collarín y la cantidad de oxígeno fue abundante, a la ll ama que denominamos Ll2. Como producto de la reacción libera dióxido de carbono (CO2), agua en estado de vapor (H2O) y energía en forma de calor y luz. La combustión incompleta en el mechero de Bunsen se dio cuando dejamos abierto el collarín y la cantidad de oxígeno fue escasa, a la llama que denominamos Ll1. Se lleva a cabo sin que todo el carbono del combustible pueda transformarse en CO2. Con defecto de aire en esta combustión se obtiene adicionalmente carbono (C) en forma de hollín.
6. Conclusiones y Recomendaciones: 6.1. Luego de identificar el tipo de llamas que aparecen en los di stintos tipos de llamas y de comprender cuán diferentes son tanto físicamente como químicamente fue que se optó por el mechero de Bunsen como el primordial para usar en esta práctica ya que además de que podemos manipularlo para obtener una combustión incompleta y con el ajuste del collarín llegar a una combustión completa, se pudo realizar el estiramiento y doblado de varilla de vidrio ya que además de hacerlo con una llama en combustión completa, esta provee una energía calórica constante.
La cantidad de oxígeno como variables es la que da como resultado diferentes productos, algunos son visibles como el hollín en la combustión incompleta y por esta razón no la usamos en el estiramiento de varilla. Y como con la tira de magnesio pudimos apreciar que la mayor temperatura está en el “centro” de la llama y era necesario una reacción completa; se colocó en aquella zona la varilla para poder estirar y luego para doblar. En la tabla 2 y tabla 3 se anotaron los resultados previos para decidir con qué llama y la zona para trabajar con varillas, se puede apreciar el tiempo de combustión y los resultados físicos de cada tipo de combustión. 6.2. Recomendaciones: Tener cuidado con las varillas de vidrio en el momento del calentamiento,
si no se coloca en la zona correcta estas conducen el calor en lugar de sólo calentar la parte media de la varilla. Luego del estiramiento, evitar tocar colocarla sobre la franela pues esta se quema. Sería adecuado colocar tablas para la anotación de lo que sucede con la malla de amianto y el tiempo de combustión con las tiras de magnesio puesto a que uno puede olvidarlo y descartarlas para las conclusiones de la práctica.
7. Bibliografía:
Web http://www.textoscientificos.com/quimica/combustion http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Combustion.htm http://deby-cienciasfisicas.blogspot.com/2008/12/informe-de-laboratoriocolores-de-la.html http://lacienciaencasa.webnode.es/experimentos-quimicos/reaccion-decombustion/ https://prezi.com/n_d93xvrpmyz/combustion-completa-e-incompleta-delgas-butano/ http://www.creces.cl/new/index.asp?imat=++%3E++85&tc=3&nc=5&art=1 286
8. Apéndice: Preguntas a) ¿Cuál es la coloración que presenta la llama 1? Grafique. Llama 1 Zona de Oxidación: Cono externo de gran tamaño y de color amarillo. Zona de Reducción: Coloración naranja y de mayor tamaño. Zona Fría: Presenta un color azul de bajo tono.
b) ¿Cuántos y cuáles son los colores de la llama 2? Indíquelos y grafique Llama 2 Zona de Oxidación: Cono exterior de color azul violeta. Zona de Reducción: Coloración azul y de menor tamaño. Zona Fría: Presenta un color azul claro. c) ¿Cuáles son las diferencias entre las llamas 1 y 2?
En la llama 1 se produce una combustión incompleta, con el collarín abierto obtenemos una llama de gran tamaño y de color amarillo y como no todo el carbono se reduce, aparece hollín mientras que la llama 2 y con la manipulación del collarín hacemos que en la combustión abunde el oxígeno por lo que tendremos una combustión completa y en consecuencia veremos una llama de color azul. d) ¿Cuántas zonas presenta una llama de combustión completa? Grafique.
Tres zonas: Zona de Oxidación, Zona de Reducción, Zona Fría . e) ¿Cuál es la diferencia entre una zona y otra zona aparte de su color?
La temperatura difiere en cada zona. f) ¿Por qué se forma una llama en el extremo del tubo, en el paso d) del procedimiento?
Porque el gas “viaja” a través del tubo y como está muy alejada la llama que se presenta es escasamente visible. g) ¿Qué nos siguiere las observaciones del paso e), del procedimiento? Explique.
Cuando se procede a colocar la tira de magnesio en la llama, la llama alcanza la máxima temperatura en el “centro” de esta pero en esta zona no existe oxígeno por lo que no combustionó, sin embargo, los bordes a pesar de tener menor temperatura, tienen el oxígeno necesario para iniciar la combustión. h) ¿Cuál es el contraste que resulta en el paso (g)? Explique justificadamente.
La malla entra en estado incandescente cuando la ponemos contra la llama. i) ¿Qué es una combustión completa, y que es una combustión incompleta?
Combustión completa: Como producto de la reacción libera dióxido de carbono (CO2), agua en estado de vapor (H2O) y energía en forma de calor y luz. Para que ocurra este tipo de combustión, es necesario abundante cantidad de oxígeno.
Combustión incompleta: Se lleva a cabo sin que todo el carbono del combustible pueda transformarse en CO2. El oxígeno escasea, con defecto de aire en esta combustión se obtiene adicionalmente carbono (C) en forma de hollín. j) ¿Cuáles son las ecuaciones químicas para las combustiones completa e incompleta? •
Llama 1 (combustión incompleta)
Hidrocarburo + O2 ⟶ CO + C + H2O + Calor • Llama 2 (combustión completa) Hidrocarburo + O2 ⟶ CO2 + H2O + Calor
k) ¿Cuáles son los ingredientes necesarios para que exista una llama?
Sustancia o mezcla de sustancias (combustible), oxígeno de forma gaseosa (O2) del ambiente (comburente). l) ¿Qué es incandescencia? Explique.
La emisión de luz que se produce por la reacción exotérmica y es liberada en forma de calor. m) ¿Cuál es la diferencia entre llama, chispa, e incandescencia?
Chispa: partícula encendida que salta por el aire que puede provenir de una lumbre, o producirse por el choque de dos cuerpos. Llama: luz emitida por los electrones excitados con la energía liberada en reacciones químicas en los procesos de combustión. Incandescencia: emisión de luz producida por el calor.
Tipo de mechero
Combustible que utiliza
Partes del mechero
Vela
De alcohol
Bunsen
Parafina
Alcohol Etílico
Combinación Propano/Butano (Gas casero)
Parafina Mecha
Alcohol Mecha Envase de vidrio Tapa
Conexión de entrada de gas Válvula aguja Collarín Rotante
Color(es) de llama(s) que presenta
Llama 1: Naranja Llama 2: Azul
Sustancias que produce
CO , C
CO , C
H2O , CO 2
Clase(s) de llama(s) (llama 1 y/o llama 2)
Llama 1
Llama 1
Llama 1 Llama 2
Luminosidad y Energía Calórica
E.C. Baja I.L. Alta
E.C Media I.L. Baja
E.C. Baja (Ll1) I.L. Alta (Ll1) E.C Alta (Ll2) I.L Baja (Ll2)
Tipo de combustión (completa o incompleta)
Incomplet a
Incompleta
Incompleta (Ll1) Completa (Ll2)
C2H6O + O2 ⟶ CO2
Hidrocarburo + O2 ⟶ CO + C + H2O (Incompleta)
+ H2O
Hidrocarburo + O2 ⟶ CO2 + H2O (Completa)
Llama Incandescencia
Llama Incandescencia Chispa
Ecuación de la reacción
Encendido con chispa, llama, o incandescencia
Parafina + O2 CO2 + H2O
⟶
Llama
Tabla 1.- Comparación de los distintos mecheros.
Tira de Magnesio Llama 1
Llama 2
Tiempo de Combustión
38 segundos
3 minutos 13 segundos
¿En qué parte de la llama se dio la combustión?
En la zona de oxidación
Zona de oxidación
Físicamente, ¿qué se pudo apreciar?
Incandescencia
Incandescencia
Tabla 2.- Comparación de la combustión con la tira de Magnesio.
Malla De Amianto
Físicamente, ¿qué se pudo apreciar?
Llama 1
Llama 2
En la malla se formó hollín.
La malla se prendió y se consumió.
Tabla 3.- Comparación de la combustión con la malla de Amianto.
