UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA Departamento Académico de Ingeniería Química ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
Laboratorio de Química General “B”
ASIGNATURA: QU-141 QUÍMICA I PRACTICA Nº 05 ENLACE QUIMICO PROFESOR DE TEORÍA:
Ing. Mauro Vargas Camarena
PROFESOR DE PRÁCTICA:
Ing. Mauro Vargas Camarena
ALUMNO:
William Barzola Quispe
DÍA DE PRÁCTICA: 24/05/17
HORA: 10:00 AM -
01:00PM
FECHA DE EJECUCION: 31/05/17 AYACUCHO – PERÚ 2017
MESA: “A”
FECHA DE ENTREGA: 07/06/17
ENLACE QUÍMICO I.
OBJETIVOS: Al culminar la práctica, el alumno estará en condiciones de: -
-
Identificar a través de las propiedades y sus manifestaciones el tipo de enlace químico que mantiene unidos a los átomos y las fuerzas intermoleculares existentes; y Predecir en los compuestos químicos orgánicos e inorgánicos el tipo de enlace químico y las fuerzas intermoleculares.
II. REVISION BIBLIOGRÁFICA Los elementos químicos se combinan de diferente manera para formar toda una variedad de compuesto. Hay compuesto gaseosos, líquidos y sólidos, los hay tóxicos e inocuos, otros son beneficios para la salud, las propiedades de cada compuesto dependen del tipo de elemento químico que lo forman, el modo como se enlazan (tipo de enlace química), la forma y geométrica de los agregados atómicos (moléculas) y como estos interactúan entre sí. Se han planteado muchas teorías sobre enlace químico. Para que una teoría sea considerada satisfactoria tiene que dar debida respuesta a tres cuestiones fundamentales:(1) ¿Por qué se forma un enlace químico?, (2) ¿a qué se debe que los distintos elementos formen distinto número de enlaces? (3) ¿a qué se debe que los átomos que constituyen una molécula se sitúen en posición definida con respecto a los demás, de modo que el conjunto tenga una configuración característica? Las moléculas son entendidas y de independientes unas de otras, y ello es particularmente evidente los gases como 2, 2 vapor de agua, etc. A presiones altas y temperaturas bajas los gases pasan al estado líquido y luego al sólido, debido a que las moléculas se enlazan entre si mediantes fuerzas de interactúan que genéricamente, ente se llaman fuerzas de van der waals. En 1916, el químico alemán Walter kossel expuso que en las reacciones químicas hay perdida y ganancia de electrones por arte de los átomos y estos adquieren la configuración electrónica de un gas noble. Sin duda alguna, kossel se refería al enlace iónico por lo tanto, a compuestos iónicos. Posteriormente, los químicos norteamericanos Gilbert newton Lewis e Irving langmuir, cada uno en forma independiente estudiaron los compuestos iónicos y no iónicos (covalentes), demostrando que los átomos al formar enlaces químico se adquieren la estructura electrónica de un gas noble (8 electrones en el nivel externo), lo que hoy REGLA DEL OCTETO.
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III. MATERIALES Y EQUIPOS DE LABORATORIO Y REACTIVOS QUÍMICOS -
Equipo de conducción eléctrica Gradilla de tubos para prueba Luna de reloj Papel toalla Piseta
-
Probeta graduada de 50 o 100 mL Tubos de ensayo (6) Vaso precipitado de 150 o 250 mL (2)
-
REACTIVOS QUIMICOS -
IV.
KOH solido NaBr solido NaCl solido Kl solido Metales: Mg, Zn, Fe, Cu CC4 liquido Benceno liquido Etanol liquido
-
Acetona liquido NaCl 0,1 M HCl 0,1 M Kl 0,1 M KOH 0,1 M 3 COOH 0,1 M 4 OH 0,1 M 12 22 11 0,1 M
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
ENSAYO N° 1.- ESTUDIO DE LOS ENLACES IONICOS Y COVALENTES POR CONDUCCION DE LA CORRIENTE ELECTRICA. a) En un vaso de precipitado de 150 mL agregue aproximadamente 50 mL de agua destilada. b) Introduzca los electrones de cobre del equipo de conducción eléctrica en el agua, según el esquema mostrado en la pizarra, mantenerlos separados dichos electrones aproximadamente 1,0 cm y fijarlos. c) Conecte el enchufe al tomacorriente instalado a la mesa de trajo y observe la luminiscencia del foco. Si enciende toma en cuenta la intensidad de la luminiscencia y anote como baja, media o alta. d) Desconecte el enchufe del tomacorriente y extraiga los electrodos de la solución y séquelos con papel toalla. e) En otro vaso de precipitado de 150mL coloque aproximadamente 50mL de solución acuosa NaCl 0,1 M y repita el procedimiento señalado desde el literal; esta vez debe lavarse los electrodos con agua destilada y secar con papel toalla.
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f) HCl 0.1M, KI 0.1M, CH 3-COOH 0.1M, NH4OH 0.1M, KOH 0.1M, sacarosa Continúe con el procedimiento señalado, utilizando soluciones acuosas de 0.1M y las muestras puras de etanol y acetona.
ENSAYO N° 2.- ESTUDIO DEL ENLACE METÁLICO POR CONDUCCIÓN DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA. a) Coloque los terminales de los electrodos del equipo de conducción de la corriente eléctrica en los extremos de la muestra del metal magnesio (Mg). b) Conecte el enchufe al tomacorriente y observe la luminiscencia del foco y anotar. c) Desconecte el enchufe del equipo y retire la muestra del metal. d) Repita el ensayo con la muestra de zinc (Zn), hierro (Fe), cobre (Cu).
ENSAYO N° 3.- ESTUDIO DE LAS FUERZAS INTERMOLECULARES POR LA SOLUBILIDAD DE SUSTANCIAS. a) En dos tubos de ensayo limpio y seco, coloque 2,0mL de agua destilada (solvente), al primero adicione 1,0mL de etanol (soluto) y al otro 1.0mL de acetona (soluto). Agite la mezcla y observe si forma una o dos fases y determine si son solubles entre sí. b) En dos tubos de ensayo, limpio y seco, coloque 2,0mL de agua destilada (solvente), al primero agregar 1,0mL de tetracloruro de carbono (soluto) y al otro benceno (soluto). Agite la mezcla y observe si forma una o dos fases y determine si son solubles entre sí. c) En dos tubos de ensayo, limpio y seco, coloque 2,0mL de etanol (solvente), al primero agregue 1,0mL de acetona (soluto), y al otro benceno (soluto). Agite la mezcla y observe si forma una o dos fases y determine si son solubles entre sí. d) En dos tubos de ensayo, limpio y seco, coloque 2,0mL de agua destilada (solvente), al primero agregue una pizca de KOH (soluto) y al segundo otra pizca de NaBr (soluto). Agite la mezcla y observe si se disuelve el soluto. Anote los cambios. e) En dos tubos de ensayo, limpio y seco, coloque 1,0mL de benceno (solvente), al primero agregue una pizca de NaCl (soluto) y al otro KI (soluto). Agite la mezcla y observe si se disuelve el soluto ENSAYO N° 4.- ESTUDIO DE LAS FUERZAS INTERMOLECULARES POR LA VOLATILIDAD DE SUSTANCIAS. a) En una luna de reloj coloque cinco (5) gotas de agua (H 2O) destilada y en otra luna de reloj cinco (5) gotas de acetona (CH 3COCH3). Controle el tiempo de evaporación de ambas sustancias.
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b) En otra serie de ensayo, coloque en la luna de reloj cinco (5) gotas de etanol (CH 3CH2OH)
cinco (5) gotas de acetona (CH 3COCH3). Controle el tiempo de evaporación de ambas sustancias.
V.
DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES
En cada uno de los ensayos realizados complete la información solicitada en los cuadros respectivos y explique los resultados obtenidos.
ENSAYO Nº 1.- ESTUDIO DEL ENLACE IONICO Y COVALENTE POR
CONDUCCION DE LA CORRIENTE ELECTRICA N0 MUESTRA
INTENSIDAD DE LUMINISCENCIA
TIPO DE ENLACE PREDOMINANTE EN EL SOLUTO PRÁCTICO
TEÓRICO
1
Agua(H2O)
Nula
covalente
covalente
2
Cloruro sódico(NaCl)
Alta
Iónico
Iónico
3
Ácido clorhídrico(HCl)
Alta
Iónico
Iónico
4
yoduro de potasio (kl)
Alta
Iónico
Iónico
5
Ácido acético (3 COOH)
Baja
iónico
iónico (pocos iones)
6
hidróxido de amonio (4OH)
Baja
iónico
iónico
7
hidróxido de potasio (KOH)
Alta
Iónico
Iónico
8
sacarosa (122211)
Nula
covalente
covalente
9
etanol (32OH)
Nula
covalente
covalente
10
acetona (3 CO3 )
Nula
covalente
covalente
1. El agua.- enciende luz cuando hay contacto con los cables. 2. Cloruro de sodio.-enciende luz sin contacto de cables. 3. Ácido clorhídrico.- conduce luz por los iones, y hay luz sin hacer contacto con los cables. 4. Yoduro de potasio.-hay luz sin hacer contacto con los cables. 5. Ácido acético.-da luminiscencia baja, la distancia de los cables es como a1/2 cm de distancia. 6. Hidróxido de amonio.- a ½ cm de distancia de los cables da una luminiscencia baja.
4
7. Hidróxido de potasio.-su luminiscencia es alta y sin hacer contacto con los cables. 8. Sacarosa.- hay luminiscencia cuando hay contacto con los cables. 9. Etanol.- hay luminiscencia cuando hay contacto con los cables. 10. Acetona.- hay luminiscencia cuando hay contacto con los cables.
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ENSAYO Nº 2.- ESTUDIO DEL ENLACE METÁLICO POR CONDUCCIÓN
DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
N0
INTENCIDAD DE LUMINISCENCIA
MUESTRA
1
Magnesio (Mg)
Alta
2
Zinc (Zn)
Alta
3
Hierro (Fe)
Alta
4
Cobre (Cu)
Alta
5
grafito
alta
6
Plomo (Pb)
alta
6
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)
Aluminio.- conduce electricidad. Zinc.-conduce electricidad. Cobre.- conduce electricidad Magnesio.- conduce electricidad Trozo de hierro.- conduce electricidad Sal .- no conduce electricidad. Grafito.- conduce electricidad Lamina se plomo.- conduce electricidad.
ENSAYO No3.- ESTUDIO DE LAS FUERZAS INTERMOLECULARES POR SOLUBILIDAD
DE SUSTANCIAS No
SOLUTO
SOLVENTE
SOLUBILIDAD PRÁCTICA
TEÓRICA
1
Etanol(CH3CH2OH)
Agua(H2O)
Si
Polar
2
Acetona(CH3COCH3)
Agua(H2O)
Si
Polar
3
Acetona(CH3COCH3)
Etanol(CH3CH2OH)
Si
Polar
4
Hidróxido de potasio(KOH)
Agua(H2O)
Si
Polar
Etanol + acetona + agua.- no se disuelve y es monofásico. Éter di etílico + agua.- no se disuelve y es difásico. Tolueno + agua.- no se disuelve y es difásico. Yoduro de potasio (solido) + agua.- se disuelven porque son iones y forma una sola fase. Hidróxido de potasio (solido) + agua.- se disuelve lentamente por que son semejantes. Y forma monofásico.
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ENSAYO No4.-ESTUDIO DE LAS FUERZAS INTERMOLECULARES POR LA VOLATILIDAD DE SUSTANCIAS
MUESTRA
Etanol
acetona
Éter dialítico
agua
Tiempo de
11 minutos
Mayor a 12 minutos
25 segundos
Mucho mayor a 12 minutos
volatilización
VI.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Ya visto y concluido todo en el laboratorio, algunas recomendaciones.
Enchufar bien las corrientes sin andar tocando los electrodos.
Tener bastante cuidado con los instrumentos de trabajo del laboratorio.
No inhalar los líquidos tóxicos sin las recomendaciones del ingeniero ya que puede causar daño a la salud
Desechar los líquidos como el amonio, yoduro de potasio, etc. Con bastante cuidado, ya que su olor es fuerte.
Manejar los instrumentos con las manos secas.
Si se da el caso que cuando al probar el agua con los cables del foco y da luminiscencia, es que habría partículas o iones en la muestra.
En los no metales al ser rígidos no pueden conducir la electricidad, en cambio los metales sin excepción, conducen electricidad.
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VII.
CUESTIONARIO
1) El HCl (gaseoso) es una molécula que posee enlace covalente polar, pero la solución acuosa (0,1 M) presenta una luminiscencia fuerte, como si fuera un compuesto iónico. ¿A qué se debe este comportamiento? El cloruro de hidrogeno da una luminiscencia alta porque es un compuesto iónico, lo cual hace que conduce la corriente o la anergia eléctrica, también seria por su tipo de carga electrónica.
2) El agua es una molécula polar. De acuerdo a los resultados experimentales conduce o no la corriente eléctrica. Explique los resultados. El agua no conduce la corriente eléctrica porque no está ionizado lo cual no genera la conducción de la energía, si el agua estaría ionizado con sal u otro tipo de elemento que tenga iones si conduciría la corriente eléctrica.
3) ¿Por qué las soluciones acuosas de amoniaco (NH4OH) y el ácido acético (CH3COOH) conducen débilmente la corriente eléctrica? El ácido acético y amoniaco son covalentes y de pocos iones, lo cual genera que la corriente eléctrica seda pocos iones y de poco intensidad de luminiscencia.
4) ¿Por qué la grasa es soluble en disolventes polares y no en el agua? Debemos tener en cuenta que tanto los lípidos como el agua son moléculas. Las moléculas pueden ser polares y no polares. Las moléculas de agua se enlazan entre sí mediante enlaces de hidrógeno, ya que los electrones son compartidos desigualmente entre el hidrógeno y el oxígeno, resultando de ello una carga negativa sobre el átomo de oxígeno. A esto se le llama enlace polar. Por otro lado, las grasas se forman a partir de largas cadenas de hidrocarburos, con secuencias de carbono carbono unidas con átomos de hidrógeno. Las grasas se componen de extremos no polares, eso quiere decir que no forman enlaces con el hidrógeno. Además, los lípidos tienen enlaces sencillos entre los átomos de carbono. Es por eso que las moléculas de grasa no interactúan bien con las de agua, de forma que el agua y la grasa se repelen.
5) Se desea extraer la grasa contenida en el cacao, ¿Qué sustancias recomendarías para tal propósito y cuál sería el procedimiento de su separación? Método recomendado para extraer la grasa del cacao.
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Entré los numerosísimos procedimientos propuestos y para determinar este índice, los resultados más reproducibles se obtienen con el método de Wijs, internacionalmente recomendado. Procedimientos:
Con agua limpia y fresca, lava la cantidad de semillas de las que quieras extraer la manteca. Con esto quitarás todo residuo indeseado así como las semillas verdes y las deformes. Calienta las semillas a una temperatura aproximada entre 280 y 320 grados F por 5 a 8 minutos. Es preferible que utilices un tostador a un horno, pues los casc os son inflamables. Enfría las semillas con aire fresco por un lapso de 3 a 7 minutos y a una temperatura de 90 grados F. Después, divide las semillas en grupos y por tamaños. Para que quiebres los cascos de cada uno de los grupos de semillas que reuniste somételos a la fuerza centrífuga. Gíralos tan rápido como te sea posible hasta que se abran. Como alternativa, puedes golpearlos con un martillo. Una vez que hayas sacado todo lo que estaba dentro de las cáscaras, calienta la porción a una temperatura de 200 grados F. Con un moledor para café (o para especias), muele los tibios trozos de adentro y extrae la manteca de cacao. Presiona la manteca de cacao a través de un filtro prensador de uso industrial para que obtengas una manteca refinada.
6) Construya la estructura de Lewis de cada uno de los compuestos solutos experimentales en el ensayo No 3.
etanol
10
acetona
Hidróxido de potasio
Yoduro de potasio
7) ¿Por qué el agua se expande al congelarse? ¿Qué tipos de moléculas interactúan al congelarse? El agua ocupa más lugar al congelarse, porque sus moléculas se unen formando una estructura diferente (en forma de hexágonos) y la densidad del hielo es menor que del agua líquida y su puente de hidrogeno esta en mayor orden es por eso que tiene espacios vacías.
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8) ¿Cuál de las sustancias experimentales en el ensayo No4 se volatiliza con mayor facilidad? Justifique su respuesta El éter etílico o dietiléter es un éter líquido incoloro muy inflamable con un bajo punto de ebullición y de sabor acre y ardiente. Es por eso que su volatilización es Es más ligero que el agua y por su densidad (736 kg/m3), sin embargo su vapor es más denso que el aire (2,56 kg/m3).
9) Algunos de los contaminantes importantes de la atmosfera son el ozono, el dióxido de azufre, el trióxido de azufre. Escribe estructura de Lewis para estas 3 moléculas. Muestre todas las estructuras resonantes donde sea posible.
10)
Ozono
Dióxido de azufre
Trióxido de azufre
O3
SO2
SO3
El benceno consta de un anillo de átomos de carbono de miembros
con un hidrogeno unido a cada carbono. Escribe la estructura de Lewis para benceno, incluyendo las estructuras resonantes. Estructura Lewis para benceno
Estructura de resonancia para benceno
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Conclusiones
se puede concluir que estos enlaces tienen propiedades muy diferentes, y esta diversidad individualiza nuestro ambiente aunque estas moléculas sean infinitesimales y gracias a eso forman estructuras muy exóticas, y los enlaces definen estas formas, desde la extraña molécula del agua y sus cristales únicos hasta el cloruro de sodio, conocida mejor como la sal de mesa y sus cúbicos y simples cristales.
Por ejemplo sabemos que los átomos del sodio y del cloruro son muy diferentes al cloruro de sodio, esto viene porque el sodio es un sólido metálico activo que se puede cortar con un cuchillo en cambio el cloro es un gas venenoso y verdoso que tiene un olor fuerte e irritante el cloruro de sodio es un sólido cristalino blanco que es comestible.
Recomendaciones
Usar el guardapolvo durante toda la clase, al igual que los demás implementos de seguridad.
Antes de iniciar la experiencia se deben asegurar de que todos los instrumentos y aparatos de laboratorio estén en óptimas condiciones.
Al trabajar los ensayos de hacerlo en lugares secos.
Seguir al pie de la letra todas las indicaciones brindadas por el docente a cargo.
Los electrodos del conductímetro no deben chocar con las paredes ni con el fondo del vaso de precipitado.
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VI. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA Libros - Brown T., Lemay H., Bursten B., 2001, Química la ciencia central. 7ma. ed. -raymond chang, undécima edición (2013) - R. Chang, K. A. Goldsby, 2013, Química, Mc Graw Hill Education, México. - Lumbreras editores, 2010, Química análisis de principios y aplicaciones tomo I. undécima Ed., Lumbreras, Perú.
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