PRACTICA 7
ESTUDIO DE LA TABLA PERIÓDICA 7.1 Objetivo General Ø
Estudiar las propiedades físicas y químicas de los principales elementos metálicos, de transición y no metales.
7.2 Objetivos específicos Ø
Estudiar la alta reactividad de los alcalinos y alcalino térreos.
Ø
Estudiar las propiedades físicas y químicas de los anfóteros y metales de transición.
Ø
Estudiar las propiedades físicas y químicas de los anfóteros
7.3 Fundamento Teórico 7.3.1 Johann W. Dobereiner.- Hace su clasificación en grupos de tres elementos con propiedades químicas similares, llamadas triadas, por ejemplo: Triada Li, Na y K
Peso atómico del elemento intermedio
PesoatómicoNa =
PaLi + PatK 2
6.94 + 39.10 = =23.02 2
7.3.2 John Newlands.- En 1864 Organiza los elementos en grupos de ocho u octavas, en orden ascendente de sus masas atómicas y encuentra que cada octavo elemento existía repetición o similitud entre las propiedades químicas de algunos de ellos. Newlands se refirió a esta peculiar relación como la ley de las octavas. Sin embargo, tal “ley” resultó inadecuada para elementos de mayor masa que el calcio, por lo cual el trabajo de Newlands fue rechazado por la comunidad científica. 7.3.3 Dimitri Mendeleiev y Lothar Meyer.- Clasifican lo elementos en orden ascendente de los pesos atómicos. Estos se distribuyen en ocho grupos, de tal manera que aquellos de propiedades similares quedaban ubicados en el mismo grupo. 7.4 TABLA PERIÓDICA ACTUAL En 1913 Henry Moseley basándose en experimentos con rayos x determinó los números atómicos de los elementos y con estos creó una nueva organización para los elementos. Ley periódica: "Las propiedades químicas de los elementos son función periódica de sus números atómicos". Lo que significa que cuando se ordenan los elementos por sus números atómicos en forma ascendente, aparecen grupos de ellos con propiedades químicas similares y propiedades físicas que varían periódicamente. 7.5 ORGANIZACIÓN DE LA TABLA PERIÓDICA Los elementos están distribuidos en filas (horizontales) denominadas períodos y se enumeran del 1 al 7 con números arábigos. Los elementos de propiedades similares están reunidos en columnas (verticales), que se denominan grupos o familias; los cuales están identificados con números romanos y distinguidos como grupos A y grupos B. Los elementos de los grupos A se conocen como elementos representativos y los de los grupos B como elementos de transición. Los elementos de transición interna o tierras raras se colocan aparte en la tabla periódica en dos grupos de 14 elementos, llamadas series lantánida y actínida. La tabla periódica permite clasificar a los elementos en metales, no metales y gases nobles. Una línea diagonal quebrada ubica al lado izquierdo a los metales y al lado derecho a los no metales. Aquellos elementos que se encuentran cerca de la diagonal presentan propiedades de metales y no metales; reciben el nombre de metaloides. 7.5.1 Metales Alcalinos Los metales alcalinos están situados en el grupo 1, también conocido como IA, de la tabla periódica y no se encuentran libres en la 87
ESTUDIO DE LA TABLA PERIÓDICA naturaleza debido a su gran actividad química. Todos ellos tienen un sólo electrón en el orbital s de su última capa por lo que les resulta relativamente fácil cederlo para formar enlace iónico con otros elementos. Los metales alcalinos son litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio, siendo los dos últimos los más reactivos del grupo. Como la mayoría de los metales, son dúctiles, maleables y buenos conductores del calor y la electricidad. Los metales alcalinos reaccionan violentamente con el agua, ardiendo en ella, por lo que deben ser manejados con cuidado. 7.5.2 Metales Alcalinotérreos Los metales alcalinotérreos, berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio se encuentran situados en el segundo grupo del sistema periódico. Todos ellos tienen una configuración electrónica final ns2 que les confiere una gran reactividad. Los metales alcalinotérreos no se encuentran libres en la naturaleza sino formando compuestos de tipo iónico, a excepción de los del berilio que presentan un importante porcentaje covalente. Al contrario que los alcalinos, muchas de las sales de los metales alcalinotérreos son insolubles en agua. 7.5.3 Metales de transición Son los elementos comprendidos entre los grupos 3 y 12. Presentan todas las propiedades típicas de los metales: buenos conductores del calor y la electricidad, ductilidad, maleabilidad y brillo metálico. Lo más representativo de estos elementos es que sus electrones de valencia (los que utiliza para combinarse con otros elementos) proceden de más de una capa. Particularmente importantes en este grupo son el hierro, el cobalto y el níquel, únicos elementos capaces de producir un campo magnético. Este grupo de elementos está formado por: Sc, Y, La, Ac
Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta,
Cr, Mo, W,
Mn, Tc, Re,
Fe, Ru, Os,
Co, Rh, Ir,
Ni, Pd, Pt,
Cu, Ag, Au,
Zn Cd Hg
7.5.4 Otros Metales Los elementos clasificados como otros metales se encuentran repartidos entre los grupos 13, 14 y 15. Su carácter metálico es menos acentuado que el de los elementos de transición y no suelen presentar estados de oxidación variables y sus electrones de valencia sólo se encuentran en su capa externa. Estos elementos presentan estados de oxidación -3, +3 y ±4. Forman parte de este grupo de elementos: Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi. 7.5.5 Semimetales Son los elementos que separan los metales de transición de los no metales y son también conocidos como metaloides por tener propiedades intermedias entre metales y no metales. Algunos de ellos, como el silicio y el germanio, son semiconductores y por ello se usan en la industria de los ordenadores. Otros elementos de este grupo son el boro, arsénico, antimonio, teluro, polonio. 7.5.6 No Metales Los no metales se caracterizan por ser malos conductores del calor y la electricidad y no pueden ser estirados en hilos o láminas. A la temperatura ambiente algunos son gases (como el oxígeno) y otros sólidos (como el carbono). Los sólidos no tienen brillo metálico. Sus principales números de oxidación son -2, -3 y ±4. El carbono da lugar a un gran número de compuestos cuyo estudio recibe el nombre de química orgánica. Otros elementos de este grupo son: H, N, P, S y Se 7.5.7 Halógenos Los halógenos se encuentran situados en el grupo 17 constituido por los elementos no metálicos flúor, cloro, bromo, yodo y astato. Son elementos bastante reactivos porque por su estructura electrónica final (ns2p5) tienden a estabilizarse completando el octete final para lo cual capturan un electrón o lo comparten dando lugar así a compuestos iónicos o covalentes respectivamente. Estos formadores de sales (significado de la palabra halógenos) tienen como principal estado de oxidación el -1 y se presentan en los tres estados a temperatura ambiente: Sólido: I y At, Líquido:Br Gaseoso: F y Cl. 7.5.8 Gases Nobles Los gases nobles están situados en el grupo 18 de la tabla periódica: helio, neón, argón, criptón, xenón y radón. Todos ellos tienen una configuración electrónica final ns2p6 (a excepción del helio cuya configuración es 1s2) y debido a ello son prácticamente inertes. Sólo a partir de la década de los 60 se han producido algunos compuestos de gases nobles. 7.5.9 Tierras Raras Los elementos clasificados como tierras raras suelen dividirse en dos grupos: los lantánidos (o primeras tierras raras) y los actínidos (o segundas tierras raras). La mayor parte de estos elementos han sido creados artificialmente, es decir no existen en la naturaleza. Todos ellos están situados en el grupo 3 del sistema periódico, en los período 6º (los lantánidos) y en el 7º (los actínidos). Lantánidos: Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Actínidos: Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr 88
Tb,
Dy,
Ho,
Er,
Tm,
Yb,
Lu
ESTUDIO DE LA TABLA PERIÓDICA 7.6 Procedimiento 7.6.1 Experimento 1 ü
Medir en un vaso de 400 ml 150 ml de agua destilada y dejar caer un trocito de sodio metálico. Cubrir inmediatamente el vaso con un vidrio de reloj. Cuando haya cesado la reacción, probar la inflamabilidad del gas producido a cercando una cerilla encendida de la parte del pico. Retirar el vidrio de reloj y agregar 2 ó 3 gotas de fenolftaleína. Reportar las observaciones y la ecuación química.
7.6.2 Experimento 2 ü
ü
ü ü ü
ü ü ü ü
ü
FAMILIA DE LOS HALÓGENOS
En 4 tubos de ensayo, colocar sucesivamente 1 ml de solución NaF, NaBr, NaCl, y NaI. Añadir a cada tubo 3 gotas de solución de nitrato de plata 0.1 M. Agitar y esperar que sedimenten los sólidos formados. Anote sus observaciones y escriba las ecuaciones químicas. A cada tubo de ensayo del experimento anterior, añadir 1 ml de solución NH4OH 0.1 M. Ordenar los haluros según la solubilidad del precipitado en NH4OH. Anotar sus observaciones y escribir las reacciones químicas. En un tubo de ensayo mezclar 0.2 g de bromuro de potasio y 0.2 g de dioxido de manganeso, agregar ácido sulfúrico concentrado, calentar y observar el desprendimiento de vapores pardos. En tres tubos de ensayo, agregar 1 ml de agua de cloro, bromo y yodo, a cada tubo agregar 2 ml de tetracloruro de carbono, agite y anote la coloración de la capa inferior. Tomar dos tubos de ensayo y colocar 1 ml de bromuro de sodio y de yoduro de sodio; por separado, agregar 2 ml de agua de cloro en ambos tubos de ensayo, agite vigorosamente, luego agregue 2 ml de treta cloruro de carbono, agitar y anotar el color de la capa inferior. Triturar en un mortero varios cristales de yoduro de potasio junto con un poco de dióxido de manganeso. Trasladar la mezcla a un tubo y añadir por la pared 1 ml de H2SO4 concentrado calentar y observar.
7.6.4 Experimento 4 ü
FAMILIA DE LOS METALES ALCALINO – TÉRREOS
En un tubo de ensayo colocar un trocito (aproximadamente 1 cm) de magnesio metálico, cuya superficie presenta brillo, añadir 5 ml de agua destilada y 2 gotas de indicador fenoftaleina. Anotar las observaciones y escribir la ecuación química respectivamente. En caso de que la reacción no ocurra a la temperatura del agua, someter a calentamiento en llama suave. En tres tubos de ensayo, colocar sucesivamente 1 ml de solución de MgCl2, de CaCl2 y SrCl2 agregar a cada tubo de ensayo 1 ml de H2SO 4 (0.2M), agitar y esperar la sedimentación de los sólidos formados. Anotar sus observaciones y escribir las ecuaciones químicas correspondientes. En un tubo de prueba colocar 1 ml de MgSO4 y agregar 1 ml de solución de NaOH. En un tubo de prueba colocar 1 ml de cloruro de bario, agregar 1 ml de solución de cromato de potasio, esperar a la formación del precipitado. En un tubo de prueba colocar 1 ml de solución de cloruro de estroncio, agregar 1 ml de solución de oxalato de amonio, observar el precipitado formado.
7.6.3 Experimento 3 ü
FAMILIA DE LOS METALES
OBTENCIÓN DE ÁCIDOS HIDRÁCIDOS
En cuatro tubos de ensayo, colocar sucesivamente 0.1 gr de NaF, NaBr, NaCl, y NaI. Agregar a cada uno de ellos medio ml de ácido sulfúrico concentrado. Luego acercar a la boca de los tubos un trocito de papel tornasol y escribir las ecuaciones químicas correspondientes.
Nota.- Realizar el presente ensayo en la campana de gases ó en un lugar con mucha ventilación 7.6.5 Experimento 5 ü
ü ü ü ü
Tomar dos tubos de prueba y colocar en cada uno de ellos 1 ml de ácido nítrico diluido, llevar a la campana de gases, y agregar al primer tubo un trocito de Zinc metálico y al segundo aproximadamente 0.1 g de hierro metálico. Reportar sus observaciones de la acción del ácido sobre los metales. Repetir el experimento anterior, reemplazando el ácido nítrico por ácido clorhídrico diluido. En un tubo de prueba colocar 1 ml de solución de sulfato de zinc, agregar 1 ml de solución de hidróxido de sodio, observar la formación de precipitado. En un tubo de prueba colocar 1 ml de solución de cloruro férrico, agregar 1 ml de solución de hidróxido de sodio o amonio. Observar el precipitado formado. En un tubo de ensayo colocar 1 ml de solución de cloruro férrico, agregar 1 ml de solución de fosfato de sodio. Anote sus observaciones.
7.6.6 Experimento 6 ü
ü
METALES DE TRANSICIÓN
ELEMENTOS ANFÓTEROS
En un tubo de ensayo colocar 2 ml de solución de sulfato de aluminio 0.1 M. y agregar 4-5 gotas de solución de hidróxido de sodio. Dividir el contenido del tubo en dos, separando la mitad en otro tubo. Al primer tubo añadir exceso de solución de hidróxido de sodio hasta la disolución del precipitado, al segundo agregar solución de ácido clorhídrico hasta la disolución del precipitado. Escribir las ecuaciones respectivas. En un tubo de prueba colocar 1 ml de sulfato de aluminio, agregar 1 ml de fosfato de sodio, observar la formación de precipitado gelatinoso.
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ESTUDIO DE LA TABLA PERIÓDICA 7.7 CUESTIONARIO 1.- Enumere las características más saltantes de las diferentes familias de los elementos químicos. Señalar los elementos químicos más representativos de cada uno de ellos. 2.- Construir un esquema vacío de la tabla periódica de los elementos químicos y ubicar en los casilleros correspondientes los elementos químicos estudiados en la presente práctica según el grupo y periódo respectivos. 3.- Teniendo en cuenta los ensayos 1 y 2 comente la reactividad y comportamiento de los otros elementos de la familia alcalino y alcalino -térreos frente al agua. Fundamente en cada caso. 4.- Señalar el nombre químico, formula global, formula estructural desarrollada característica químicas más saltantes, peso molecular y usos de la fenolftaleina. Señalar el método de preparación para su utilización como indicador. 5.- ¿Cómo se guarda el sodio y el potasio? ¿Por qué? Escriba las reacciones químicas 6.- Haga un cuadro comparativo indicando la reactividad de los halógenos con relación a sus posiciones en la tabla periódica. 7.- ¿Cómo varían las propiedades ácidas en un periodo? 8.- ¿Qué es electroafinidad? 9.- ¿Qué es electronegatividad? 10.- ¿De qué forma varía la electronegatividad en el sistema periódico? 11.- ¿Cuántos elementos de la tabla periódica son los siguientes? Naturales, artificiales, sólidos, líquidos, gaseosos 12.- ¿Quién descubrió el hidrógeno? 13.- ¿Quién propuso el arreglo de las triadas? 14.- ¿Cómo se denomina a los elementos que tienden a ganar electrones para completar su capa de valencia (capa electrónica más externa), para lograr una configuración estable? 15.- ¿Cuáles son los elementos denominados metaloides? 16.- ¿Cuáles son los elementos conocidos como gases inertes?, nómbralos. 17.- ¿Qué es el radio atómico de los elementos? 18.- Complete la siguiente tabla ELEMENTO
N° ATÓMICO
PESO ATÓMICO
Cl B Ne Mo Bi Cs P Co Mg
17
35 11 20
55
N° DE PROTONES
N° DE NEUTRONES
N° DE ELECTRONES
10 54 126
42
3
209 133 17 12
24
16 59
15
19.- ¿Cuáles son los elementos anfóteros? 20.- Proponga 5 solventes para los halógenos libres. 21.- Ordene en forma descendente la reactividad de los metales alcalinos 22.- ¿Cómo se reconocen cualitativamente los metales alcalinos? 23.- ¿Qué relación existe entre la solubilidad de haluros de plata en agua y en amoniaco y el tamaño de los iones de haluros? 24.- Represente las configuraciones electrónicas de los elementos cuyos números atómicos son: 9, 14, 23 y 41. 7.8 BIBLIOGRAFÍA ·
Manual De Laboratorio
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Química Química General Principios de Química
Mg.Sc. Ing. Roberto Parra Zeballos Univ. Carolina Gaevizu Auza Octubre 2004 Chang, Raymond. Ed. McGraw – Hill. 2002 Ebbing Darrell D. Ed. McGraw-Hill 1996 Ander – Sonnessa. Editorial Limusa, 1983
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