ESCUELA DE METALURGICA
I NT RODUCCI ON
Es muy importante conocer las propiedades de los diferentes diferentes elementos químicos, de la tabla periódica se obtiene información necesaria del elemento químico, en cuanto se reere reere a su estructura interna y propiedades, propiedades, ya sean físicas o químicas. La actual tabla periódica moderna moderna explica en forma detallada y actualizada las propiedades de los elementos químicos, tomando como base a su estructura atómica. Pero Pero ese conocimiento no es netamente teórico, por ello es muy recomendable corroborar las propiedades ya conocidas por los estudiantes, como los experimentos experimentos que se presentarán en este informe.
MARCO T EORI CO
FIGMM
PÁ!"# $
ESCUELA DE METALURGICA
Los elementos químicos en la %abla %abla periódica están ordenados como ya sabemos por su n&mero atómico. 'e (ec(o sus propiedades son funciones de su n&mero atómico. Esto si)nica que el aumento o el descenso de una determinada propiedad esta relacionada con el orden de los n&meros atómicos. *on respecto a las propiedades periódicas de los elementos especícamente (ablaremos aquí de las más importantes.
El ect r onegati vi dad: La electrone)ati+idad es la tendencia que tiene un átomo de un cierto elemento a captar electrones. i su electrone)ati+idad es ele+ada si)nica que tiene muc(a tendencia a atraer electrones de otro elemento que sería el dador. dador. Los no metales son aceptores, es decir, electrone)ati+os y los metales son electropositi+os o sea, dadores de electrones. En la %abla periódica la electrone)ati+idad aumenta de izquierda a derec(a dentro de un mismo período y de aba-o (acia arriba dentro de un )rupo. El elemento más electrone)ati+o es el l&or y el más electropositi+o es el rancio.
Radi oAt ómi co( R. A) : El radio atómico es la mitad de la distancia entre los n&cleos de dos átomos i)uales enlaza enlazados dos.. Está Está relac relacion ionado ado con el +olume +olumen n del átomo átomo.. # mayor mayor radio radio atómic atómico o corresponde mayor +olumen. Los radios de los átomos +arían en función de que se FIGMM
PÁ!"# /
ESCUELA DE METALURGICA
encuentren en estado )aseoso o unidos mediante enlaces iónico, co+alente o metálico.
Radi oI óni co( R. I ) : El radio iónico es el radio que tiene un átomo cuando (a perdido o )anado electrones, adquiriendo la estructura electrónica del )as noble más cercano. Para un catión, el radio disminuye en comparación con su átomo neutro debido a que existe mayor fuerza de atracción nuclear (acia los electrones. Para un anión, el radio aumenta en comparación con 0l átomo neutro, como la car)a nuclear no +aría, el átomo neutro al )anar electrones estos e-ercerán una fuerza de repulsión, aumentado así el radio. En )eneral1 R catión < R átomo neutro < R anión
Energí adeI oni zaci ón( E. I )oPot enci aldeI oni zaci ón: Es la ener)ía mínima necesaria para arrancar un electrón de más alta ener)ía de un átomo cuando 0ste se encuentra en estado )aseoso y el0ctricamente neutro. En )eneral: X(g) + E.I X(g)+1 + 1 e-
FIGMM
PÁ!"# 2
ESCUELA DE METALURGICA
3bser+ación1 4n ión a su +ez puede perder un se)undo, tercer, etc., electrones al a)re)ar una cantidad adicional de ener)ía y se denomina se)unda, tercera, etc, ener)ías de ionización.
Afini dadEl ect r óni ca( A. E)oEl ect r oafini dad: La anidad electrónica se dene como la ener)ía que liberará oabsorberá un átomo, en estado )aseoso, cuando captura unelectrón y se con+ierte en un ión ne)ati+o o anión. En )eneral1 X(g) + 1 e- X(g)-1 + A.E
Observación: 5ientras que el potencial de ionización se puede medir directamente y con relati+a facilidad, la medición de la anidad electrónica es complicada y sólo en muy pocos casos puede realizarse de forma directa y los datos que se tienen no son ables.
FIGMM
PÁ!"# 6
ESCUELA DE METALURGICA
La mayoría de los átomos neutros, al adicionar un electrón, desprenden ener)ía, siendo los (aló)enos los que más desprenden y los alcalinot0rreos los que absorben más ener)ía.
Met al es,nomet al esysemi met al es: 4n elemento se considera metal desde un punto de +ista electrónico cuando cede fácilmente electrones y no tiene tendencia a )anarlos7 es decir, los metales son muy poco electrone)ati+os. 4n no metal es todo elemento que difícilmente cede electrones y sí tiene tendencia a )anarlos7 es muy electrone)ati+o. FIGMM
PÁ!"# 8
ESCUELA DE METALURGICA
Los )ases nobles no tienen ni carácter metálico ni no metálico. La línea quebrada que empieza en el boro 9:; y termina en el astato 9#t; marca la separación entre los metales, que se encuentran por deba-o de ella, y los no metales, que se sit&an en la parte superior de la tabla periódica. Los semimetales son los elementos que no tienen muy denido su carácter metálico o no metálico y se sit&an bordeando esta línea di+isoria.
En la tabla periódica, cabe resaltar que encontramos al)unos elementos anfóteros, una sustancia anfótera es aquella que puede reaccionar ya sea como un ácido o como una base. La palabra deri+a del pre-o )rie)o ampo que si)nica =ambos=. 5uc(os metales 9tales como zinc, esta>o, plomo, aluminio, y berilio; y la mayoría de los metaloides tienen óxidos o (idróxidos anfóteros.
FIGMM
PÁ!"# ?
ESCUELA DE METALURGICA Óxidos ácidos básicos ! an"ó#eros: 4n óxido ácido es un óxido que reacciona con el a)ua para formar un ácido de :ronsted1 un e-emplo es el *3 /, que forma @/*32.
Los óxidos ácidos son compuestos moleculares, como el *3 /, que son ácidos de LeAis que reaccionan con bases. 4n óxido básico es un óxido que reacciona con el a)ua formando una solución de iones (idróxido. Los óxidos básicos son compuestos iónicos que pueden reaccionar con ácidos para dar una sal y a)ua Los elementos cercanos ubicados sobre la línea dia)onal de los metaloides o cercanos a ella suelen formar óxidos anfóteros. Las sustancias que reaccionan tanto con ácidos como con bases se clasican como anfóteras, del t0rmino )rie)o que si)nica BambosC. Por e-emplo, el óxido de aluminio, #l/32, es anfótero, reacciona con ácidos y tambi0n reacciona con bases. 3tros elementos de los )rupos principales que forman óxidos anfóteros se muestran en la El carácter ácido, anfótero o básico de los óxidos de los metales del bloque d depende de su estado de oxidación.
O$%ETI&OS
#nalizar las propiedades químicas de al)unos compuestos.
*onocer m0todos para obtener (idróxidos de elementos químicos que no pertenezcan a los )rupos !# y !!#.
FIGMM
PÁ!"# D
ESCUELA DE METALURGICA
'eterminar la solubilidad de una solución se)&n la resistencia que opone al paso de la corriente el0ctrica.
PARTEEXPERI MENTAL E'(ERIME)TO *: *omparación de la acidez y basicidad de las soluciones acuosas de los óxidos del tercer periodo. MATERI ALES:
FIGMM
PÁ!"# F
ESCUELA DE METALURGICA
p@Gmetro.
PROCEDI MI ENTO: $. 4n pedazo de papel indicador tocar con la punta del frasco de modo que se (umedezca con una de las soluciones acuosas. /. *omparar el color del papel indicador (umedecido con el disco de colores de p@. 2.
NaO H 13 BASE
NH4(OH)
Al(OH)3
H3PO4
H2SO4
HCl
14
11
0.5
0.5
0
BASE
BASE
ACIDO ACIDO NEUTRO
CONCLUSI ONES:
e concluye que las sustancias con p@ cercano a cero tienen mayor carácter ácido, mientras las sustancias con p@ cercano $6 tienen mayor carácter básico
FIGMM
PÁ!"# H
ESCUELA DE METALURGICA
#nalizando los resultados obtenidos en la tabla podemos concluir que conforme aumenta la fuerza de acidez o basicidad de la muestra, la solubilidad se incrementa.
E'(ERIME)TO +: *arácter anfótero del (idróxido de cromo 9!!!; MATERI ALES:
2 tubos de ensayo de $Fx$8I mm
FIGMM
PÁ!"# $I
ESCUELA DE METALURGICA
PROCEDI MI ENTO :
#)re)ar a un tubo de prueba aproximadamente 8 )otas de solución de nitrato de *romo 9!!!; que contiene iones de *r J29ac; e iones "3 2G 9ac;.
#)re)ar al tubo $ a / )otas de la solución acuosa de (idróxido de amonio se formará el (idróxido de cromo 9!!!;, que es un precipitado )elatinoso.
*r 9"32; J 2"@63@
*r 93@;2 J2"@6"32
9"itrato 'e *romo 9!!!;; 9@idróxido 'e #monio; 9@idróxido de *romo 9!!!;; 'i+idir la mitad del contenido del tubo a otro tubo limpio. #)re)ar al primer tubo, )ota a )ota la solución acuosa de @*l. #notar obser+aciones. *r 93@;2 J 2@*l *r*l2 J 2@/3 9@idróxido de *romo 9!!!;; 9Ácido clor(ídrico; 9*loruro de *romo;
E) EL (RIMER TU$O:
La combinación de @idróxido de *romo 9!!!; J Ácido *lor(ídrico, da como resultado cloruro de cromo ocurriendo la liberación de un +apor de coloración )risácea, en donde de I a 8 )otas se)uirá del mismo color, de 8 a más )otas la coloración del nue+o compuesto se tornará a un color lila tenue.
FIGMM
PÁ!"# $$
ESCUELA DE METALURGICA
#l otro tubo, a)re)ar )ota a )ota la solución acuosa de "a3@. #notar las obser+aciones. Lue)o a)re)ar a este tubo )otas de @*l. Ku0 sucedeM *r 93@; 2 9@idróxido de *romo 9!!!;;
J
"a3@
9@idróxido de odio;
"a*r 93@;6 J
6@*l
"a*r 93@;6 9*romo sódico compuesto soluble;
"a*r*l6J 6@/3
E) EL SEGU)DO TU$O:
$. #l darse la combinación del (idróxido de cromo J (idróxido de sodio, aproximadamente (asta la tercera )ota el compuesto se conser+aba de color blanco, y partir de esta tercera )ota el compuesto se tornó a un color azul +erdoso.
FIGMM
PÁ!"# $/
ESCUELA DE METALURGICA
/. Lue)o obtenido ya el compuesto azul +erdoso 9"a*r 93@;6 G *romo sódico compuesto soluble;, se le a)re)a Ácido clor(ídrico 9@*l;, resultando como producto un compuesto de coloración morada tenue transparente.
2. Escribir las ecuaciones de las reacciones que ocurren en ambos tubos. T,bo ,no
*r 93@;2 J 2@*l
*r*l2 J 2@/3
T,bo dos
*r 93@; 2 J "a3@ "a*r 93@;6 J 6@*l
"a*r 93@;6 "a*r*l6 J 6@/3
CONCLUSI ONES:
e obser+a claramente el comportamiento anfot0rico del cromo, pues el primer tubo se obser+a carácter ácido, mientras en el se)undo, se obser+a carácter básico
olo los metales alcalinos pueden formar sus (idróxidos respecti+os al reaccionar directamente sus óxidos con a)ua7 en cambio para otros metales como el *r es necesario realizar otros m0todos.
La formación de un precipitado o el cambio de color de la muestra indica que están ocurriendo una reacción química.
El *r93@;2 tiene un comportamiento diferente con el "a93@; que con el @*l, el de un ácido y una base respecti+amente7 a lo que se denomina anfoterismo.
FIGMM
PÁ!"# $2
ESCUELA DE METALURGICA
E'(ERIME)TO -: olubilidad de los sulfatos, de los metales #lcalino t0rreos 9)rupo !!#; en medio acuoso. MATERI ALES:
8 frascos de reacti+os conteniendo soluciones acuosas de1 • • • • •
ulfato de ma)nesio ulfato de calcio ulfato de estroncio ulfato de bario *loruro de potasio I,$II"
'os electrodos de carbón obtenidos de pilas comunes )randes $ tubo en 4 de +idrio
5ultitester
$ piceta con a)ua destilada
Papeles de ltro para secar los electrodos carbón.
FIGMM
de
PÁ!"# $6
ESCUELA DE METALURGICA
PROCEDI MI ENTO:
Para cada una de las soluciones y para el *l I,$II", (icimos lo si)uientes pasos1 5edir la temperatura de la solución y anotarla . Llenar el tubo en 4 con la primera solución de tal forma que la altura del liquido que mo-a el electrodo se manten)a constante en todas las mediciones. *onectar los electrodos del carbón al multitester en el cual se leerá la resistencia en 3(m de la solución analizada. • •
•
#ntes de cada experimento la+ar bien el tubo en 4 y los electrodos de carbón, primero con a)ua de ca>o y lue)o con a)ua destilada. ecar los electrodos con papel de ltro antes de introducirlos en la solución.
Cuadr odel osr esul t adosdelcál cul oen ell abor at or i o:
R resistencia (Om)
!cel Constante "e cel"a (cm-#) ! Con"ucti$i"a
FIGMM
KCl O,100N
MgSO4
CaSO4
SrSO4
BaSO4
Agua Destilada
50000
3000
100
20000
200
16 × 10
,3!
,3!
,3!
,3!
,3!
,3!
5
0.00016778
0.02796333
0.08389
0.0004194
0,041945
0,0000052
PÁ!"# $8
ESCUELA DE METALURGICA " especi%ica (Om-#cm-#)
Const ant edecel da: K =
Kcel R
"O#$%1&$%1'
Para (allar la constante de celda se mide la resistencia de la solución *l I,$II" a la temperatura de la experiencia basándose en la si)uiente tabla de conducti+idades especícas para el cloruro de potasio a diferentes temperaturas. e puede encontrar la constante de celda utilizando la ecuación antes mencionada.
Cuadr odet emper at ur adel aconduct i vi dadespecí fica: &emperatura
#'C
2C
24C
2*C
Con"ucti$i"a" especi%ica en Om-#cm-# "e !Cl +#N
O,01120
0,011()
0,012(4
0,012!
Cál cul odel asconst ant esdeconduct i vi dadespecí fica:
KCl ⇒ K
=
8,389 50000
MgSO 4 ⇒ K
CaSO 4 ⇒ K
=
FIGMM
=
=
0.00016778
8,389 3000
8,389 100
=
=
0.02796333
0.08389
PÁ!"# $?
ESCUELA DE METALURGICA
SrS O 4 ⇒ K
=
8,389 20000
BaSO 4 ⇒ K =
8,389 200
=
0.0004194
= 0,041945
Agua destilada ⇒ K =
8,389 16 × 10
5
=0,0000052
CONCLUSI ONES:
La conducti+idad de las disoluciones, se puede atribuir a la presencia de iones y la falta de conducti+idad indica la ausencia de iones. Por tanto la muestra que presente mayor conducti+idad, será la más soluble en el a)ua.
#l ser compuestos iónicos, son buenos conductores de la electricidad, eso se obser+a en la conducti+idad especíca de los anteriores compuestos.
CONCLUSI ONESGENERALES Lue)o de realizar las distintas experiencias se lle)an a las si)uientes conclusiones1
La anidad electrónica para cada elemento de un mismo periodo disminuye al aumentar el n&mero atómico 9de izquierda a derec(a;. #l)unos elemento tienen comportamiento anfot0rico, lo cual les permite reaccionar con carácter básico o acido se)&n el )rado de acidez o basicidad del compuesto con el que se le (a)a reaccionar. La solubilidad para cada elemento de mismo )rupo disminuye al aumentar el n&mero atómico. La conducti+idad especíca para cada elemento de mismo )rupo disminuye al aumentar el n&mero atómico.
FIGMM
PÁ!"# $D
ESCUELA DE METALURGICA
CUESTI ONARI O *. Ex/0icar có1o varia 0a ener23a de ioni4ación de 0os si2,ien#es 1e#a0es a0ca0inos: Rb )a Cs. En la %abla Periódica, al ba-ar por un )rupo la ener)ía de ionización disminuye y con ello aumenta el n&mero de capas externas al n&cleo y por la cual el está más ale-ado del la atracción del n&cleo y por ende se puede extraer fácilmente el .
Rb 567-89
•
)a 567**9
•
Cs 5679 E.I. 5Cs9 ; E.I. 5Rb9 ; E.I.
FIGMM
PÁ!"# $F
ESCUELA DE METALURGICA
+. Indi<,e en "or1a decrecien#e 0a ener23a de exci#ación de 0os si2,ien#es 1e#a0es a0ca0inos en es#ado 2aseosos: = )a Rb. e sabe que la Ener)ía de acti+ación es la ener)ía mínima necesaria para que se produzca una reacción química. Para (acer que un electrón de un estado ener)0tico inferior salte a otro mayor, se debe suministrar ener)ía. La cantidad de ener)ía necesaria para sacar al electrón menos fuertemente li)ado de un mol de átomos de )as se llama ener)ía de primera ionización o ener)ía de excitación.
= 567*>9
Ener)ía de acti+ación1 6$F.F$ NOmol
)a 567**9
Ener)ía de acti+ación1 6H8.F8 NOmol
Rb 567-89
Ener)ía de acti+ación1 6I2.I2 NOmol
E.A. 5Rb9 ; E.A. 5=9 ; E.A. -. Ex/0icar c,á0 de 0os si2,ien#es iones #iene 1a!or radio: Ca?+ M2?+ $a?+ Sr?+. @(or <,B
Los iones mencionados son cationes, los cationes sur)en a partir de la p0rdida de eG, y cuando un átomo pierde e G su radio atómico disminuye. Por lo tanto en el catión (ay menor n&mero de e G, por ende predomina los p J y es a(í cuando los e G más externos son atraídos con mayor intensidad con el n&cleo, disminuyendo así el radio atómico. !denticaremos los cationes de menor radio atómico por la cantidad de e G. M2?+ 5e7*9 ; Ca?+ 5e7*9 ; Sr ?+ 5e7-9 ; $a?+
FIGMM
PÁ!"# $H
ESCUELA DE METALURGICA . Co1/robar si e0 6n5O9+ es ,n co1/,es#o an"o#rico escribir 0as reacciones necesarias /ara es#a co1/robación inc0,ir 0as ec,aciones <,31icas /osib0es
El compuesto n93@; / será ácido o base dependiendo con que sustancia reaccione. *omo base1 *omo ácido
. @(or <, ,n co1/,es#o se dice <,e es an"o#ricoB
Es aquella que puede reaccionar como ácido frente a bases y como base frente a ácidos. e)&n la %eoría de :ronsted Q LoAry, a las sustancias que pueden ceder o aceptar un protón se les llama anfóteras. . @Có1o será 0a cond,c#ividad es/ec3Hca de ,na so0,ción ac,osa de ,na s,s#ancia iónica cova0en#e ! ,na cova0en#e /o0arB Ex/0icar.
La conducti+idad especíca 9; es una medida de la capacidad de una solución acuosa para transmitir una corriente el0ctrica y +a a ser distinta para cada solución. Entonces cuando la sustancia iónica se disuel+e en a)ua libera iones y es buen conductor el0ctrico, mientras que los co+alentes son malos conductores el0ctricos en cualquier estado 9"o son electrolitos;.
= 5cova0en#e9 ; = 5cova0en#e /o0ar9 ; =
FIGMM
PÁ!"# /I
ESCUELA DE METALURGICA
$I$LIOGRAFIA
ilberber). uímica BLa naturaleza molecular del cambio y la materiaC se)unda edición, editorial1 5c raAG@ill.
:roAn, Lemay, :ursten. uímica BLa ciencia centralC no+ena edición, editorial Pearson.
(ttp1OOAAA.periodni.comOesOrb.(tml
(ttp1OOAAA.periodni.comOesOna.(tml
(ttp1OOAAA.periodni.comOesOcs.(tml
(ttp1OOAAA.ecured.cuOEner)R*2R#'aSdeSacti+aciR*2R:2n
(ttp1OOAAA.periodni.comOesOT.(tml
FIGMM
PÁ!"# /$
