Practica 1 Quimica - “Método de Ensayo a La Flama y Perlas de Borax Para La Identificación de Cationes”

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Química Básica

Profesor(a):

Práctica No. 1: “MÉTODO DE ENSAYO A LA FLAMA Y PERLAS DE BORAX PARA LA IDENTIFICACIÓN DE CATIONES”

Equipo:1

Integrantes:

Grupo:

CICLO ESCOLAR 2018-2019

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OBJETIVOS Que el alumno: .Experimente el método de ensayo a la flama para la identificación de cationes mediante la colocación generada por sus aspecto de emisión .Aplique el método de las perlas de borax para la identificación de cationes por medio de la colocación de la perla

Fundamento Teórico La estructura electrónica de los átomos tiene como gran antecedente el análisis de la luz que emiten o de la cantidad de energía que absorben los mismos, estos dos acontecimientos estudiados pertenecen a las radiaciones electromagnéticas, tal que se determina que los sólidos al absorber energía emiten una luz que se observa en la flama, sin embargo el color de esta es diferente debido la temperatura a la que se pone el sólido, esta temperatura le da una cierta longitud de onda que le da característico color dependiendo de el espectro electromagnético.

Max Planck y Einstein contribuyen demasiado a la configuración electrónica de los átomos ya que Plack plantea que los átomos solos se podian emitir o absorber en cierta cantidad de paquetes (Cuantos) y que la energía de un cuanto se determinaba gracias a su constante.

A finales del siglo XIX un efecto provocaba un gran dolor de cabeza para los físicos, ya que se observaba que los metales al momento de ponerles una luz con cierta







El puso como hipótesis que estos fotones transfieren su energía al electrón del metal absorbiendola lo que provocaba que este electrón se libera.

Para 1913 se hace uno de los más grandes avances para la configuración electrónica, Niels Bohr ofrece una explicación teórica sobre los espectro de líneas en función del átomo de hidrógeno, en esta teoría el describe al electrón girando alrededor de su núcleo en órbitas circulares, esto pone una condición, ya que cada electrón solo puede ocupar una cierta órbita discreta y que estos absorben o emiten una cantidad de energía definida conforme se desplazan de una órbita a otra. Para lo cual se concluye que que cada órbita posee un nivel de energía definido, para cuando pasa de un estado de baja energía a uno más alto se absorbe una energía definida, al contrario cuando se va de un nivel bajo a uno más alto se emite una cantidad de energía definida. Los átomos excitados se deshacen del exceso de energía mediante una emisión de luz, que por lo general se encuentra en la región visible, una aplicación de ello es en la creación de fuegos artificiales donde la energía necesaria para excitar los electrones viene de una reacción entre el oxidante y el combustible, dichos colores se deben a la emisión de radiación de longitud de onda determinada, a continuación se muestra una tabla de los colores más frecuentes.

Color

Átomo que da el color

Longitud de onda de la luz

Amarillo

Sodio

589nm

Rojo

Sales de Estroncio

606nm o 636-688nm

Verde

Sales de Bario

505-535nm

Azul

Sales de Cobre

420-460nm

Cuando un elemento absorbe energía suficiente, este emite una flama o un arco eléctrico, a lo que se le llama espectro de flamas, alguno solo necesitan de un flama de un mechero bunsen para emitir dicha radiación, algunos son el potasio, el sodio,







Elemento

Color de la Flama

Elemento

Color de la flama

Litio

Rojo Carmín

Cesio

Azul

Sodio

Amarillo

Calcio

Naranja

Potasio

Violeta

Estroncio

Rojo/Rosa

Cobre

Azul/Verde

Bario

Verde

En muchos casos resulta que la flama tiene un tono similar como es el estroncio y el litio, es por eso que se recurre a otro método. Uno de los métodos de confirmación más comunes es el de las perlas de borax donde se obtiene una masa vidriosa, que finalmente disuelve los óxidos metálicos, dando coloración característica de acuerdo con el metal que contiene el óxido o la sal.

Nombre del metal

Color de la perla zona oxidante

Color de la perla zona reductora

Cobalto

Azul Violeta

Azul Morado

Cromo

Verde Esmeralda

Azul Oscuro

Litio

Gris/Verde transparente

Gris transparente

Cobre

Verde transparente

Azul transparente

Esta práctica se enlaza con un tema muy importante en química como lo es la configuración electrónica, como antes se mencionó bohr nos dice que el electrón se acomoda en distintos niveles de energía, es por eso que surge la idea de representar estos niveles de energía para conocer que electrones son los que interactúan en una reacción, es por eso que se dan las siguientes bases para la representación de la configuración electrónica, que son las siguientes: Principio de Incertidumbre de Heisenberg: “Es imposible imposible determinar simultáneamente la posición exacta y el momento exacto del electrón” Principio de Exclusión de Pauli: “Dos electrones del mismo átomo no pueden tener los mismos números cuánticos idénticos y por lo tanto un orbital no puede tener más de dos electrones”. Configuración estándar: Se representa la configuración electrónica que se obtiene usando el cuadro de las







Aplicando el mencionado cuadro de las diagonales la configuración electrónica estándar, para cualquier átomo, es la siguiente: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6 Más adelante explicaremos explicaremos cómo se llega llega este enjambre de números números y letras que perturba inicialmente, pero que es de una simpleza sorprendente. En condiciones normales los átomos se encuentran en el estado fundamental, que es el más estable termodinámicamente. Sin embargo, si los calentamos absorbe energía y alcanza así un estado excitado. Este estado posee una energía determinada, que es característica de cada sustancia. Los átomos que se encuentran en un estado excitado tienen tendencia a volver al estado fundamental, que es energéticamente más favorable. Para hacer esto deben perder energía, por ejemplo, en forma de luz. Puesto que los estados excitados posibles son peculiares para cada elemento y el estado fundamental es siempre el mismo, la radiación emitida será también peculiar para cada elemento y por lo tanto podrá ser utilizada para identificarlo. Por lo tanto, el espectro de emisión puede considerarse com o “la huella dactilar” de un elemento. Este hecho se conocía ya desde antiguo, antes aún de entender como ocurría, por lo que los químicos han utilizado los “ensayos a la llama” como un método sencillo de identificación.

Este método del ensayo en llama sentó las bases para un método más eficaz y actual para el reconocimiento de los cationes y de elementos que existen en algún compuesto, La espectrometría de emisión es una técnica espectroscópica que analiza las longitudes de onda de los fotones emitidos por los átomos o moléculas







A pesar de que las líneas de emisión están causadas por una transición entre estados energéticos cuantizados, y pueden ser muy agudas a primera vista, tienen una anchura finita; es decir, se componen de más de una longitud de onda de luz. Esta ampliación de la línea espectral tiene muchas causas diferentes. Las líneas de emisión en los gases calientes fueron descubiertas por Ångström, y la técnica fue desarrollada por David Alter, Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen. La espectrometría de emisión suele llamarse a menudo espectrometría de emisión óptica, debido a la naturaleza de la luz que se emite.

MATERIAL Y EQUIPO ● ● ● ●

2 Mecheros de Bunsen 2 Cajas de Petri 2 Alambres de nicromio 4 Vasos de precipitados de 100ml

DESCRIPCIÓN DE REACTIVOS ● Solución de ácido clorhídrico (HCI) 1:1 ● Tetraborato de sodio cristalino (bórax) puro ● Cloruro de los siguientes siguientes cationes: cobre, fierro, níquel, manganeso, cobalto, cromo, bario, calcio, estroncio, potasio, sodio, litio.

PROCEDIMIENTO (DIAGRAMA A BLOQUES) Método de Ensayo a la flama 1. Encender el el mechero de Bunsen Bunsen y regular la flama para obtener una flama azul homogénea.

Método de perla bórax 1. Encender el el mechero de Bunsen y regular la flama para obtener una flama azul homogénea.









3. Con el alambre alambre sumergido en la solución de HCl tomar un poco de la muestra de la mesa y llevarla a la zona más caliente de la flama (en medio por la parte externa de la flama). 4. Repetir el mismo procedimiento con 5 muestras más. 5. Observar la coloración de la flama. 6. Anota tus observaciones y resultados.

3. Con el alambre sumergido sumergido en la solución de HCl tomar un poco de bórax y llevarla a la zona más caliente de la flama (en medio por la parte externa de la flama) para crear una perla transparente y de tamaño considerable. 4. Sumergir la perla perla en la solución solución ubicada en cada mesa y llevarla a la zona oxidante de la flama hasta observar que se encuentra al rojo vivo. 5. Golpear suavemente el alambre sobre la caja de Petri para que la perla caiga en esta. 6. Realizar el mismo procedimiento con 2 muestras más. 7. Dejar enfriar la perla y observar observar la coloración de las perlas. 8. Anota tus observaciones y resultados.

TABLA DE DATOS Ensayo a la flama

Muestra

Color de la flama

Nombre del catión

1

Azul/Verde

Cobre

2

Verde

Bario







2

Verde limón

Cobre

3

Lila

Cobalto

Perla de la muestra 1



Cromo

Cobre

Cobalto

CUESTIONARIO 1. Indique a qué grupo pertenecen pertenecen los elementos que identificó en el ensayo a la flama y en el ensayo a la perla de borax. E ns ayo a la la flam flama. a.

ELEMENTO

GRUPO

Cobre

METALES (Metales de transición) Grupo IB

Bario

METALES (Alcalinotérreos) Grupo IIA

Calcio

METALES (Alcalinotérreos) Grupo IIA







Cromo

METALES (Metales de transición) Grupo VIB

Cobre

METALES (Metales de transición) Grupo IB

Cobalto

METALES (Metales de transición) Grupo VIIIB

2. Indique tres características físicas y tres químicas que presentan presentan los elementos analizados. E ns ayo a la la flama flama

ELEMENTO

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

Cobre

1.-Masa Atómica: 64 (63.57) g/mol 2.-Punto de Ebullición: 2300 ºC 3.-Punto de Fusión: 1083 ºC

1.-Valencia: 2,1 2.-Estado de Oxidación: +2 3.-Electronegatividad: 1,9

Bario


1.-Valencia: 2 2.-Estado de Oxidación: +2 3.-Electronegatividad: 0,9

Calcio

1.-Masa Atómica: 40 (40.08) g/mol 2.-Punto de Ebullición: 1230 ºC








Estroncio

760 ºC 3.-Punto de Fusión: 97,8 ºC

3.-Electronegatividad: 0.8

1.-Masa Atómica:88 (87.62) g/mol 2.-Punto de Ebullición: 1380 ºC 3.-Punto de Fusión: 768 ºC


E ns ayo a la la perla perla de bórax

ELEMENO ELEMENO

CARACTER CARACTER STICAS STICAS FÍSICAS

CARACTER CARACTER STICAS STICAS QUÍMICAS

Cromo


Valencia: 6, 3, 2 Estado de Oxidación: +3 Electronegatividad: 1,6

Cobre



Cobalto









Calcio Litio Potasio Estroncio

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

1s1 2s2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2

E ns ayo con la perl perla a de de B órax

ELEMENTO

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

Cromo

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5

Cobre

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9

Cobalto

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7

4. Explique a qué se debe que que la mayoría de los elementos presenten presenten diferente coloración tanto a la flama como en la perla de bórax. R= Por que los elementos tienen diferentes características entre sí, aunque pertenezcan al mismo grupo o familia. Algunos factores como la colocación del elemento en las diferentes zonas del mechero y el tiempo expuesto a él. 5. Investiga el principio de de funcionamiento mediante mediante el cual los diodos diodos emiten luz de diferentes colores. R= El principio de funcionamiento de los diodos consiste en que los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía, esta energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y fase aleatoria.









parte de una clasificación más física, esta práctica nos ayuda en situaciones de exploración para conocer los minerales que hay en una cueva o así.

Pineda Flores Diego De acuerdo a lo realizado en la práctica, observe físicamente que la acción de la llama sobre distintos tipos de compuestos, nos da como resultado una tonalidad diferente respecto al catión de la sustancia. Lo mismo sucedió con las perlas de bórax, adquirieron diferente color en base a las sustancias que se combinaron con el bórax. Rojas Bringas Mitzy Daniela Durante la realización de esta primer práctica se pudo observar las diferentes tonalidades en cuanto a color de acuerdo a las sustancias o elementos con los que reaccionan nuestros reactivos, para su ejecución necesitamos de una flama que pudiera llevar a cabo la reacción. r eacción. Llanos Romero Sergio La clasificación de los elementos con el método de ensayo de la flama, fue acorde a los datos de la tabla de elementos sugeridos a llevar, cada uno de estos se llevo a la zona más caliente de la flama. Con el método de perlas de bórax los elementos se llevaron a la zona oxidante y reductora de la flama con el fin de coincidir coincidir con la tabla y tomando tomando nota de el color color correspondiente para la identificación de los mismos.

Practica 1 Quimica - “Método de Ensayo a La Flama y Perlas de Borax Para La Identificación de Cationes”

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