Universidad Central de Venezuela. Laboratorio de Principios de Química.
Facultad de Ciencias. Escuela de Química. Profesor Alberto Fernández.
PRÁCTICA 1: EL MECHERO Y ENSAYOS A LA LLAMA Rubén Daniel Niño Peña - 09/05/16
Resumen Esta práctica tuvo como objetivos conocer el mechero Bunsen y sus partes, estudiar la llama y los fenómenos de combustión, determinar los iones responsables de la coloración de la llama mediante ensayos a la llama e identificar elementos en una muestra problema. Se realizaron pruebas del tipo de llama que emite el Mechero Bunsen en distintas configuraciones de entrada de aire con flujo de gas combustible constante. Se determinó las diferencias de temperatura de la llama. Se realizaron experiencias para identificar componentes mediante su coloración a la llama. Se concluyó que el Mechero Bunsen es una fuente de calor que no contamina las muestras expuestas a él, con utilidad para detectar la presencia de iones metálicos, que son los responsables de la coloración de la llama a la que son expuestos y que el ión Cu 2+ emite un color verde esmeralda intenso a la llama.
Introducción El mechero Bunsen fue diseñado por Robert Bunsen en Alemania en 1857. Se necesitaba una llama con características que no estaban presentes en ninguna de las llamas que se producían en los instrumentos de laboratorio de la época. Hoy en día, el mechero Bunsen es uno de esos instrumentos que se encuentran encontrado en todos los laboratorios de química y ciencias afines alrededor del mundo, y es utilizado para calentar y esterilizar muestras o reactivos. Su característica principal es que mezcla el aire con gas combustible antes de producirse la ignición, y con esto se genera una llama no luminosa y muy caliente. Es una de las fuentes de calor más sencillas de los laboratorios y permite regular la temperatura de la llama mediante controles en el paso de gas combustible y de aire.
El mechero Bunsen tiene una base pesada en la que se introduce el suministro de gas combustible. De allí parte un tubo vertical por el que el gas combustible fluye atravesando un pequeño agujero en el fondo de tubo. Algunas perforaciones en los laterales del tubo permiten la entrada de aire en el flujo de gas combustible proporcionando una mezcla inflamable a la salida de los gases en la parte superior del tubo donde se produce la combustión, muy eficaz para la realización de experiencias químicas. En la llama del mechero Bunsen se pueden distinguir tres partes. El cono interno, la parte más fría de la llama (entre 300 °C y 350 °C en la parte interior y de 500°C a 1300°C en la parte exterior de éste) es de un color azul intenso, ubicado en la parte inferior de la llama. La punta luminosa presenta la máxima temperatura de la llama (hasta de 1400 °C), está ubicada en la parte superior del cono interno y es también la parte más luminosa de toda la llama. El manto externo es 1
la porción más externa de la llama y presenta una temperatura alta (Fernández y García, 2016). Otro tema a tratar en esta práctica es el de las características de la llama que producen ciertas sustancias al ser expuestas a esta. La coloración e intensidad que presente la llama es única de cada elemento. Al absorber la energía de la llama, el electrón de valencia de cada elemento se excita, es decir, pasa al siguiente orbital para volver posteriormente a su estado fundamental. Esta relajación es la que emite luz liberando la energía absorbida como energía lumínica. Un metal puede ser definido como un elemento cuyos electrones se encuentran unidos con relativamente poca fuerza y un no metal es un elemento cuyos electrones están adheridos fuertemente (Welcher y Hahn, 1956). Por lo tanto, se realiza esta práctica acerca del mechero Bunsen y los ensayos a la llama con los siguientes objetivos: * Conocer el mechero Bunsen y sus partes. * Estudiar la llama y los fenómenos de combustión. * Determinar los iones responsables de la coloración a la llama mediante ensayos a la llama. * Identificar elementos en muestras problema.
Métodos y Materiales Se realizaron 4 experiencias en esta práctica de laboratorio Experiencia 1 Se evaluó el efecto del estado de la ventana del mechero sobre las características de la llama y la temperatura relativa de
algunas partes de esta. Esta experiencia se dividió en tres partes. Parte A: Prueba con las ventanas de aire cerradas. Se encendió el mechero con las ventanas de aire cerradas para observar la llama generada y posteriormente hacer pasar un vidrio de reloj limpio y seco sobre la punta superior de la llama con el objeto de visualizar algún cambio que éste presentase. Parte B: Prueba con las ventanas de aire abiertas. Se procedió tal como en la Parte A pero en esta oportunidad con las ventanas de aire completamente abiertas. Parte C: Temperatura relativa del cono interno de la llama. Con las ventanas de aire abiertas, se introdujo la cabeza de un fósforo nuevo y apagado en el centro del cono interno por unos segundos y se observaron los cambios. Posteriormente se introdujo la cabeza de otro fósforo nuevo y apagado en el manto, justo por encima de la punta luminosa y se observaron los cambios. Experiencia 2 En esta experiencia se observó el efecto sobre la coloración de la llama al introducir en ella soluciones salinas con iones comunes utilizando hisopos. Esta experiencia se dividió en dos partes. Parte A: Determinación del color de la llama al introducir un hisopo humedecido con agua destilada. De esta manera se pudo obtener el blanco del experimento, un color para tener como referencia para las experiencias siguientes. Parte B: Ensayo de reactivos. Se realizaron observaciones de la coloración de la llama al ser introducido en ella hisopos humedecidos en soluciones salinas de NaCl, NaHCO 3, NaOH, HCl y NH 4Cl. Experiencia 3 Siguiendo los pasos realizados en la Experiencia 2, se realizaron observaciones de
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la coloración de la llama al introducir en ella hisopos humedecidos en soluciones salinas de SrCl2, KCl, CuCl 2, CaCl2, BaCl2 y H3BO3. Experiencia 4 Se utilizó una muestra sólida desconocida rotulada como “Muestra 11” con la cual se realizó una solución con agua destilada. Siguiendo los pasos realizados en las Experiencias 2 y 3, un hisopo humedecido en la solución de la “Muestra 11” fue pasado por la llama para observar si se producía algún cambio en su coloración y tratar de identificar algún catión o anión presente.
Resultados y discusión Experiencia 1 Los resultados obtenidos en las Partes A y B se muestran en la Tabla 1:
Tabla 1. Experiencia 1. Partes A y B. Prueba Parte A Parte B
Características de la llama Naranja en casi su totalidad. Cono interno prolongado. Azules verdoso en cono interno y oscuro en el manto.
Observaciones del vidrio de reloj Se ennegreció, aparición de hollín. No hubo cambio alguno de color.
La reacción estequiométrica de la combustión del propano con el oxígeno es la siguiente: C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g)
En ella no se producen residuos aparte de los habituales en cualquier combustión. Se encontró que dependiendo de las proporciones de oxígeno (encontrado en el aire) y propano suministradas al mechero, se produjeron llamas de distintas características. Al mantener la abertura de propano constante, con las ventanas de aire cerradas, la entrada de oxígeno fue menor estequiométricamente a la del propano, estando éste en exceso. La
energía de la combustión fue absorbida por el exceso de carbono provocando que éste se excite y posteriormente relaje, emitiendo ondas de luz. Esto produjo una llama brillante rojiza y hollín (carbono en estado sólido) como residuo. Expresado en la siguiente reacción: C3H8(g) + 7 ∕ 2 O2(g) → CO(g) + CO2(g) + 4 H2O(g) + C(s)
Al mantener las ventanas de aire abiertas y la misma entrada constante de propano, el oxígeno pasa a estar estequiométricamente en exceso con respecto al propano (y por ende el carbono). Como resultado el propano se consumió completamente, generando una llama azul poco luminosa, con exceso de oxígeno sin reaccionar y sin la formación de residuos como el hollín. Esto es explicado por la siguiente reacción: C3H8(g) + 6 O2(g) → 3 CO2(g) + O2(g) + 4 H2O(g)
Para la Parte C los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 2. Tabla 2. Experiencia 2. Parte C. Prueba Fósforo en el cono interno Fósforo en el manto
Observaciones Tomó mucho tiempo en encenderse, se quemó antes el cuerpo del fósforo. El fósforo se encendió inmediatamente.
Se observó que al colocar un fósforo en las distintas partes de la llama, la temperatura en ellas es distinta. Al encenderse inmediatamente el fósforo colocado en el manto y tomar más tiempo al colocarse en el cono interno, se demuestra que la temperatura de la llama del cono interno es menor que la temperatura del manto. Posteriormente se introdujo la cabeza de otro fósforo nuevo y apagado en el manto, justo por encima de la punta luminosa y se observaron los cambios. La combustión
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inmediata de la cabeza del fósforo introducido en el manto comprueba su alta temperatura. Experiencia 2 Los resultados de la coloración de distintas muestras a la llama con las ventanas de aire completamente abiertas de las Partes A y B se muestran en la Tabla 3:
electrones fuertemente unidos, no se excitan y por ende, al no haber excitación, no hay relajación y tampoco emisión de luz.
Experiencia 3 Los resultados de esta experiencia están reflejados en la Tabla 4:
Tabla 4. Experiencia 3. Tabla 3. Experiencia 2. Partes A y B. Muestra H2O
Color e intensidad de la llama Incoloro
NaCl NaHCO3
Naranja intenso Naranja intenso
NaOH
Naranja intenso
HCl
Incoloro
NH4Cl
Incoloro
Observaciones No se observó cambio alguno. Cambio de color. Cambio de color. Mismo color que NaCl. Cambio de color. Mismo color que NaCl. No se observó cambio alguno. No se observó cambio alguno.
Se estableció primeramente el blanco del experimento, el cual fue la coloración a la llama del agua destilada. Teniendo en cuenta el blanco del experimento se realizaron las demás observaciones. Las tres soluciones salinas que contenían el catión Na +, a saber NaCl, NaHCO 3 y NaOH, presentaron el mismo cambio de color a naranja intenso, con que se deduce que al aparecer este color, está presente el catión Na+ (Welcher y Hahn, 1956). Esto se debe que al ser el Na un metal y tener electrones unidos débilmente, estos son susceptibles a excitarse fácilmente al absorber la energía de la llama y relajarse emitiendo luz. Por su parte, las dos soluciones restantes, HCl y NH 4Cl, que presentaban el anión Cl - y los cationes H+ y NH4+ respectivamente, no presentaron cambios en la coloración. Al contener únicamente no metales y al estar sus
Muestra SrCl2 KCl CuCl2 CaCl2 BaCl2 H3BO3
Color e intensidad de la llama Rojo intenso Violeta débil Verde intenso Rojo intenso Amarillo verdoso Verde
Observaciones Oscuro Muy pálido Verde esmeralda Claro Claro Claro
Todas las soluciones salinas de esta experiencia, exceptuando al H 3BO3, contienen el anión Cl- y también cabe destacar que todas las soluciones emitieron colores e intensidades distintas, debido a que contienen metales distintos en su composición. Cada metal emite una coloración distinta a la llama (Welcher y Hahn, 1956). Experiencia 4 Las características de la Muestra 11 fueron las siguientes: a) Sólido granulado. b) Color azul claro. c) Cristalizado. d) Al humedecerse se tornó verde claro. e) La solución formada fue azul claro. f) Presentó una coloración verde esmeralda intenso a la llama. Tomando en cuenta los resultados obtenidos en la Experiencia 3, al comparar las distintas coloraciones a la llama se encontró que la Muestra 11 presentó las mismas características que la muestra de CuCl 2. Como los metales son los que emiten coloración a la llama se deduce que la Muestra 11 contiene el
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catión Cu 2+. Cabe considerar que método analítico de coloración de la llama no permite detectar qué no metal está presente en el compuesto. Por lo que se requerirán técnicas adicionales para identificar completamente el compuesto.
El elemento metálico presente en la Muestra 11 es el catión Cu 2+ y no hay manera de determinar cuál es el anión no metálico de dicha muestra mediante esta técnica.
Conclusiones
Bibliografía
Se concluye que el Mechero Bunsen tiene aplicaciones de utilidad en la química analítica para la detección de presencia de metales en compuestos. La llama emitida por el Mechero Bunsen tiene las capacidades de ser una fuente de energía calórica sin contaminar las muestras que son analizadas en ella. Los metales de una sal son los iones responsables del cambio de coloración de la llama, por los procesos de excitación y relajación.
Fernández, A. y F. García. 2016. Manual de laboratorio de Principios de Química, Escuela de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela, Caracas. Welcher, F. y R. Hahn. 1956. Semimicro Qualitative Analysis. Capítulos 3 y 37. D. Van Nostrand Company, Inc. Wikipedia, la enciclopedia libre. Mechero Bunsen (Acceso 08/05/2016). https://es.wikipedia.org/wiki/Mechero_B unsen
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