PRACTICA N° 3 ESTUDIO DEL MECHERO DE BUNSEN, LA LLAMA E IDENTIFICACION DE SUSTANCIAS OBJETIVOS La presente experiencia tiene por objeto que el estudiante conozca el funcionamiento y la adecuada manipulación del mechero de bunsen, las clases de llama que este genera así como los tipos de combustión que se puede conseguir. Observar los cambios físicos y químicos de algunos compuestos, así como la identificación cualitativa por medio de la llama.
PRINCIPIOS TEORICOS MECHERO DE BUNSEN
El mechero de Bunsen, creado por el químico alemán Roberto Bunsen en 1866, es uno de los elementos más útiles que se tiene en el laboratorio químico. Los mecheros sirven para quemar diferentes tipos de gases, de acuerdo a su construcción, entre los que se pueden mencionar: gas de hulla, gas de gasolina, gas natural, acetileno, butano, propano, etc. Hay diferentes tipos de mechero, entre ellos se puede distinguir a aquellos que tienen regulación de gas y los que no lo tienen. Los que se emplean en el laboratorio son simples, pertenecen al segundo tipo y sirven para quemar gas propano. Partes del Mechero de Bunsen:
Para comprender mejor cómo funciona el mechero de Bunsen, es necesario conocer primero las distintas partes que lo constituyen: La Base: Que usualmente es de hierro fundido, para hacerlo pesado y firme. Tiene un pequeño tubo lateral para la entrada del gas, el cual comunica comunica con un agujero en el centro de la base, agujero que tiene tiene una rosca interna para que se fije la boquilla. La Boquilla: Que usualmente es de bronce fundido, pequeña, con rosca externa para fijarla al agujero. El orificio de salida de la boquilla es de un diámetro muy pequeño, que puede variar de acuerdo al tipo de gas usado. Por ejemplo, para gas propano este debería de ser de 1/64 pulgadas de diámetro. Cuando el gas sale por dicho orificio, aumenta considerablemente su velocidad, creando así un vacio suficiente para absorber aire del exterior. El tubo o Vástago: Que es un tubo de fierro de más o menos 10 cm. de largo, con rosca interna en uno de sus extremos para fijarlo a la boquilla. En este extremo tiene dos o más aberturas, diametralmente opuestas, por las cuales penetra el aire necesario para la combustión. El Anillo Regulador: Es un anillo de bronce de pequeña altura, de 2 cm., que gira sobre la parte inferior del vástago. Este anillo tiene el mismo número de aberturas que el tubo, y del mismo tamaño, de modo que, girándolo convenientemente, se puede cerrar o abrir completamente la entrada de aire. De esta manera manera se gradúa la llama del mechero de Bunsen. CARACTERISTICAS DE LA LLAMA
La llama es el producto de una reacción química rápida y persistente, que emite calor y luz. Dicha reacción debe sostenerse por sí misma, en el caso de no ser extinguida, hasta que la concentración del combustible o comburente, no desciendan por debajo del valor mínimo indispensable, para mantenerla. Se puede clasificar en:
La Llama Luminosa: Esta llama emite luz porque contienen partículas sólidas (hollín) que se vuelven incandescentes debido a la alta temperatura que soportan. Se producen cuando el aire que entra al mechero es insuficiente, originando la llama luminosa. La Llama No Luminosa: Se consigue debido a un íntimo contacto entre el aire y el gas antes de efectuarse la combustión, de tal manera que la producción de partículas incandescentes es mínima porque la combustión es completa. En este tipo de llama se pueden distinguir tres zonas: a. Zona Fría: Es la capa más interior y se compone de una mezcla de gas y aire que no ha alcanzado todavía la temperatura de inflamación. Su temperatura se encuentra entre los 200 y 300°C. Es la zona oscura porque en esta zona no se emite luz. b. Cono Interno: De color azul verdoso brillante. Es una fina envoltura de 1/50 mm. Donde se producen las reacciones iniciales necesarias para la combustión. La presencia de carbón y monóxido de carbono convierten a esta zona en una Zona Reductora. Se produce una combustión incompleta entre el gas y el oxigeno del aire, según la siguiente reacción: C3H8 + 3 O2
→ 2 CO + C + 4 H20
+ Calor
c. Cono Externo: Es la zona más grande de la llama, de un color azul pálido, que se difumina en el aire y está constituida por vapor de agua y dióxido de carbono. En esta zona se dispone de un exceso de oxigeno, proveniente del aire, además esta zona tiene la más alta temperatura, lo que la convierte en una zona enérgicamente oxidante. El punto más caliente de la llama se encuentra en esta zona, sobre la punta del cono interior. Se produce una combustión completa entre el gas y el oxigeno según la siguiente e cuación: C3H8 + 5 O2
→ 3 CO2
+ 4 H20 + Calor
La forma cónica de la llama puede ser explicada de la siguiente manera: Si se imagina que es visible la corriente de gas que sale por el mechero, se percibiría una masa cilíndrica, cuyas partes externas únicamente tocan el aire y se consumen. De este modo el núcleo central de gas, sin quemar, empujado por la corriente gaseosa subirá formando una nueva columna cilíndrica de menor diámetro y se volverá a quemar solo en su parte externa repitiéndose de esta forma el proceso de combustión, siendo cada columna cada vez más estrecha que la anterior, formando la serie entera de ellas un cono de gas sin quemar.
PARTE EXPERIMENTAL MATERIALES:
Tubos de Prueba o de ensayo. 2 Vasos de 250 ml. Baguetas. Tubo de vidrio de 10 cm. de largo. Mechero de Bunsen. Trípode. Rejilla metálica. Termómetro. Pinzas para Crisol. Pinzas para Tubo de Ensayo. Trozos de Porcelana. Alfileres. Cartulina o cartón. Alambre de nicrón.
Pizeta. Fósforos. Madera. REACTIVOS:
NaCl (sal común). Arena. Glicerina o Aceite. Etanol. Permanganato de Potasio. HNO3 8N. NaHCO3 sólido. NaOH en lentejas y en solución diluida. HCl diluido y en solución 6N. Sales o soluciones de NaCl, KCl, LiCl, B aCl2, SrCl2 y CuCl2. Agua destilada. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Pruebas con el Mechero de Bunsen
a. El Mechero de Bunsen: Examinar el mechero de Bunsen y hacer un esquema de sus partes. Indicar por donde penetran los gases que intervienen en la combustión y por donde salen los productos formados. Para encender el mechero, cortar la entrada del aire, prender un fósforo y mantenerlo a un costado y encima del tubo de combustión. Abra la entrada del gas y acerque el fósforo encendido (mantener la cara alejada). Si la presión del gas es muy fuerte, cierre suavemente la llave de entrada de gas hasta que la llama este en contacto con la parte superior del tubo quemador. La llama obtenida se denomina llama luminosa. Hacer un esquema de sus partes y explique los fenómenos observados. Mover suavemente el anillo regulador que permita la entrada de aire hasta que la llama sea lo más transparente posible. La llama obtenida se denomina llama no luminosa. Hacer un esquema de sus partes y explicar los fenómenos observados. Anotar cualquier fenómeno que considere importante. Comparar el aspecto físico entre los dos tipos de llama. Apagar el mechero cerrando la llave de entrada del gas. b. Estudio de la Llama: Determinar la clase de llama más caliente: Proceder de la siguiente manera: Encender el mechero con LLAMA LUMINOSA y sostener un pedazo de porcelana con una pinza de crisol y calentar suavemente pasándolo a la llama. Luego dejar que la porcelana caliente lo más que sea posible. Anotar los fenómenos observados y si se llega poner al rojo, anotar el tiempo requerido. Retirar la porcelana y anotar que aspecto presenta. Mida 50 ml de agua con una probeta y viértalos en un vaso de precipitado. Coloque el vaso en un trípode con rejilla con asbesto y colóquelo sobre la llama. Tome el tiempo que tardó en hervir el agua. Anote sus observaciones. Repetir las experiencias anteriores empleando la LLAMA NO LUMINOSA y manteniendo la porcelana a la mitad de la llama, anotar si se calienta con mayor o menor rapidez que en el caso anterior. Retirar la
porcelana. Notara la deposición de un tizne negro. Anote sus observaciones. Tome el tiempo que tardo en hervir el agua y anote sus observaciones. c. Determinar la Zona más Caliente: Para esto existen varios métodos: Con rejilla metálica: Teniendo el mechero encendido con LLAMA LUMINOSA, sostener con una pinza una rejilla metálica en posición horizontal y colocarlo en la llama a 3 mm aproximadamente de la parte superior del tubo de combustión, mantenerla en esta posición por unos segundos. Anotar que parte de la rejilla se pone al rojo teniendo en cuenta la parte externa e interna de la llama. Anotar el resultado. Dejar enfriar la rejilla y repetir la experiencia pero en este caso cerca del tope de la llama. Anotar el resultado. Repetir las dos pruebas anteriores empleando ahora la LLAMA NO LUMINOSA. Anotar la diferencia observada y explicar cuál de las zonas es más caliente. Empleando un Pedazo de Cartulina: Con ambas manos, sostener de forma vertical, los extremos de una cartulina, colocarla sobre la LLAMA LUMINOSA a unos 3 mm aproximadamente del tubo de combustión y dejarla uno segundos, observar las variaciones que se operan en la cartulina y quitarla antes que se encienda (si se enciende, sacudirlo en forma fuerte para apagarla). Explicar los fenómenos observados. Repetir el ensayo con LLAMA NO LUMINOSA y anotar lo observado. Volver a repetir las experiencias anteriores, pero colocando la cartulina verticalmente, apoyado sobre el tubo de combustión y dividiendo a la llama en dos partes. Sacar la cartulina antes que se encienda. Anotar lo observado. Usando alambre de nicrón o tira de madera: Sostener el alambre o tira de madera con una pinza y colocarla con una LLAMA LUMINOSA a 3 mm aproximadamente del tubo de combustión, dejar unos segundos y anotar que sucede al alambre o tira de madera. Repetir el ensayo con LLAMA NO LUMINOSA, colocando el alambre o la tira de madera cerca del tubo de combustión y cerca del tope de la llama. Anotar las observaciones. Usando un palito de fósforo: Apagar el mechero, atravesar el palito de fósforo con un alfiler a unos 3 mm aproximadamente por debajo de su cabeza, colocar el palito de fósforo dentro y en la parte central del tubo de combustión de modo que el alfiler lo sostenga quedando la cabeza en el tubo de combustión. Dejar salir el gas, estando el mechero con las entradas de aire cerradas y encender el gas. Anotar lo que sucede. Repetir la experiencia con LLAMA NO LUMINOSA y anotar las observaciones. d. Comprobar la Existencia de Zonas sin Combustión: Se procederá de la siguiente manera: Encienda la LLAMA NO LUMINOSA y colocar un tubo de vidrio de 10 a 15 cm. de largo de manera que forme un ángulo de 45° con la horizontal, cuyo vértice es un extremo del tubo a 2 mm sobre el tubo de combustión en su parte central. Colocar un fósforo encendido al otro extremo del tubo. Explicar el fenómeno observado. Gradualmente cerrar la válvula de aire hasta obtener una LLAMA LUMINOSA. Anotar que se observa en el extremo libre del tubo. Levante lentamente el tubito y cuando cese la combustión en su parte superior, marcar la posición de la parte inferior del tubo con respecto a su posición inicial. e. Zonas de la Llama Reductora y Oxidante: Proceder de la siguiente manera: Sostener con una pinza para crisol una tira de cobre o lamina de cobre. Colocarla a distintas alturas a través de la llama. Anotar las partes de la llama que son oxidantes, lo cual se demuestra por la formación de oxido de cobre (II) negro. Realizar el experimento colocando la lámina de cobre en la parte de la llama que es reductora. El color brillante del cobre metálico se restablece.
Observación Cualitativa de la Materia: a. Tomar muestras de propanol, permanganato de potasio solido, glicerina y agua destilada y realizar las
siguientes pruebas: Observación de características perceptibles, impresión al tacto (realizar con una gota o dos cristales y con guantes), solubilidad en agua. b. Poner unas cuantas virutas de cobre en un tubo de prueba. Adicionar 3 ml de HNO3 8N, agitar hasta que todo el Cu se hubiese disuelto. Observar y anotar. c. Añadir 10 ml de HCl diluido (6 N) en un caso de precipitado tomando la temperatura inicial. Seguidamente verter con cuidado y en agitación 10 ml de NaOH diluido (6 N). Tomar la temperatura final. Observar y anotar. d. Poner en un vaso de precipitado 20 ml de agua destilada y agregar 10 lentejas de NaOH. Tomar la temperatura del agua antes y después de agregar el NaOH. Explicar el fenómeno. Identificación de Metales por Coloración de la Llama:
Utilizar alambre de nicrón que previamente ha sido limpiado con una solución de HCl 6N. Con la punta del alambre de nicrón, coger una pizca de las siguientes sales: NaCl, Srcl2, BaCl2, KCl, CuCl2 y LiCl. Llevar la pizca de sal a la llama no luminosa del mechero de bunsen, observe en cada caso la coloración que presenta y explicar. En cada caso limpie el alambre con solución de HCl hasta que no produzca color en la llama (indicativo de que el alambre está limpio de residuos de la sal previa.
CUESTIONARIO 1. Dibuje el mechero de Bunsen e indique sus partes. 2. Dibuje la llama e indique sus partes. 3. ¿Por qué existen partes más calientes y más frías en la llama? ¿Cuál es la diferencia que presenta el pedazo de porcelana cuando es sometida a la llama luminosa y la no luminosa? Detalle al respecto. 4. ¿A qué se debe las distintas coloraciones a la llama de las sustancias vistas en la práctica? ¿Presentan todos los elementos los mismos espectros? Explique el fenómeno químico. 5. ¿En qué consiste el fenómeno de la emisión atómica? Y ¿Qué diferencia hay con la excitación atómica? 6. Escriba las ecuaciones químicas entre el Cu y el HNO3 y el NaOH y el HCl.
