UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ECONOMICA ESTADISTICA Y CIENCIAS SOCIALES QUÍMICA I (BQU01) CICLO 2018-II
REPORTE DE LABORATORIO N O 3: Estructura atómica y de la materia SECCIÓN: A INTEGRANTES (Apellidos, nombres y código):
FECHA: 04/10/18
Caso Salinas, Nicolás Gonzalo
20181474D
Chaupín Huari, Paola Karoline
20181105I
Orihuela Ortiz, Diego Alonso
20182750E
Romero Cueva, Jean Paul
20182740J
DOCENTE: Rodríguez Carbajal, Genaro Armando EXP (1): EMISIÓN ATÓMICA A LA LLAMA
Muestra
Características
Litio (LiCl)
Coloración a la llama
Aspecto blanco cristalino Masa molar: 42,40 g/mol Densidad: 2,07 g/cm3. Punto de fusión: 613ºC. Punto de ebullición: 1360ºC. Amarillo rojizo
S E N
OI C
A
Sodio (NaCl) R
V E
S
Masa molar :58.44g/mol Densidad: 2,2 x10 3 Punto de fusión: 801 °C 801 °C Punto de ebullición: 1465 °C 1465 °C
B O
Amarillo / Naranja
Potasio (KCl)
Apariencia blanco cristalino Estructura cristalina cúbica Masa molar:74.55 g/mol Densidad :1.987g/cm3 Punto de fusión: 776 °C Punto de ebullición: 1497 °C Naranja fuerte
Calcio (CaCl2)
Estructura cristalina octaédrica Masa molar: 110.986 g/mol Densidad: 2.15 g/cm3 Punto de fusión: 772 °C Punto de ebullición: 1935 °C
Naranja eléctrico
Bario (BaCl2)
Estructura cristalina ortogonal Masa molar: 208.23 g/mol Densidad :3853 g/cm3 Punto de fusión: 962 °C Punto de ebullición :1560 °C
Naranja rojizo
Estroncio (SrCl2)
Masa molar :158.53 g/mol Densidad: 3.05 g/cm3 Punto de fusión :874 °C Punto de ebullición: 1.250 °C
Rojo lava
A pesar de limpiar el alambre de nicrom con agua destilada y HCl, quedaron impurezas, lo que provocó la alteración de la reacción entre el alambre y la llama del mechero
Proceso de atomización (Reducción): M+ + 1e- → M / M2+ + 2e- → M Proceso de absorción y emisión de Energía: M + hv → M* → M + h v
Configuración electrónica (Energía, en J, del electrón de valencia) * Elemento
Estado basal
1er Estado excitado
Longitud Energía de onda de de transició emisión n (nm) (ΔE =EM*EM)
Litio
1s22s1
670
Sodio
1s22s22p63s1
589
Potasio
1s22s22p63s23p64s1
404
Calcio
1s22s22p63s23p64s2
422
Bario
1s22s22p63s23p64s23d10 4p65s24d105p66s2
553
1s22s22p63s23p64s23d10 4 65s2
460
S O D A T L U S E
O
S
Y
R
L U C L Á C
Estroncio
Indique los colores y sus rangos (longitudes de onda, nm) en el espectro UV/Visible. ¿Existe una correspondencia entre los colores observados en la llama para los elementos y sus longitudes de onda?
S E N OI S U D
SI
C
¿Cuál elemento tiene la mayor energía de emisión y cuál la menor? ¿A qué crees que se deba la diferencia?
S E
N OI S U L
Cada compuesto tiene un único espectro existente, esto nos sirve para identificar algún elemento de una muestra desconocida (lo cual ya lo suponíamos por nuestro fundamento teórico, lo único que hemos hecho es comprobar lo ya dicho. Como hemos realizado un análisis cualitativo las longitudes de onda calculadas por simple aproximación no son del todas exactas, poseen un margen de error; para hacerlo más exacto, debemos recurrir a un espectrómetro.
C N O C
Las llamas de color parecido presentan longitudes de onda cercanas, pero esto no quiere decir que el color sea el mismo; necesariamente los colores son distintos y lo corroboraremos midiendo la longitud de onda exacta
EXP (2) METALES ALCALINOS
OI
N
E
S
SODIO Propiedades Físicas
POTASIO Propiedades Físicas
Excelente conductor de electricidad y calor, fácilmente cambia de forma. Dúctil. Densidad: 968kg/m3 Punto de fusión 97.79°C Punto de Ebullición: 1156 K Entalpía de Vaporización: 96.42 KJ/mol Entalpía de Fusión: 2,598 KJ/mol Presión de Vapor :1,43 × 10 -5Pa a 1234 K
Excelente conductor de electricidad y calor, fácilmente cambia de forma. Densidad: 856kg/m3 Punto de Fusión: 336,53 K Punto de Ebullición: 1032 K Entalpía de Vaporización: 79,87 kJ/mol Entalpía de Fusión: 2,334 kJ/mol Presión de Vapor: 1,06×10 -4 Pa a 336,5 K
¿Qué color presenta?
¿Qué color presenta?
Plateado-blanco, muy abundante en la naturaleza.
Plateado-blanco
¿Presenta brillo metálico?
El potasio puro presenta brillo metálico
El sodio puro presenta brillo metálico
¿Es duro o blando?
¿Es duro o blando?
Blando, se corta fácilmente. tiene la contextura de crema de queso
A
Blando, se puede cortar fácilmente con cuchillo R
¿Flota sobre el agua? O
B
S
E
V
C
Sí puesto que la densidad del sodio es (0,97g/cm3) y es menor que la del agua (1 g/cm3).
Propiedades químicas Reacciona violentamente con agua, se combina con oxígeno a temperatura ambiente, en una flama amarillenta-dorada, reacciona con ácidos para producir gas hidrogeno
¿Reacciona con agua? Si, la reacción es exotérmica causando que el sodio se derrita liberando gas de hidrogeno.
¿Presenta brillo metálico?
¿Flota sobre el agua? Sí, puesto que la densidad del potasio es (0,856g/cm3) y es menor que la del agua (1g/cm3).
Propiedades químicas Reacciona violentamente con agua liberando gas hidrogeno, reacciona fácilmente con no metales, se oxida rápido en el aire
¿Reacciona con agua? Sí, es muy exotérmica. El gas hidrogeno producido se pende en llamas. reacciona más rápido que el sodio, al bajas por la columna AI la energía de ionización disminuye y la reactividad metálica aumenta
REACCIÓN QUÍMICA CON AGUA
REACCIÓN QUÍMICA CON AGUA
D
O
S
2Na(s)+2H2O(l) 2NaOH(aq)+H2(g) A
2K(s)+2H2O(l)2KOH(aq)+H2(g)
U
L
T
Tipos de reacciones: R
E
S
R
E
S
U
L
T
A
D
O
S
Desplazamiento Simple
Tipos de reacciones:
Desplazamiento Simple
Características del producto en agua
Características del producto en agua
Reacciona de color purpura-rosa bajo la presencia de fenolftaleína Esto comprueba la presencia de hidróxido de sodio (2NaOH)
Reacciona de color purpura-rosa bajo la presencia de fenolftaleína Esto comprueba la presencia de hidróxido de potasio (2KOH)
¿Por qué el sodio y potasio están sumergido en aceite mineral? Indique las reacciones químicas que justifiquen su respuesta Ya que estos reaccionan con el oxígeno formando óxidos.
Los sumergimos en aceite mineral para minimizar su contacto con el oxígeno de l aire.
¿A qué se debe su brillo metálico y que sean blandos? Los metales poseen un mar de electrones, cuando una onda de luz impacta al mar de electrones, los electrones absorben esta energía que los hace bambolearse. Este movimiento genera una segunda onda de luz que se emite desde la superficie del metal. Son blandos porque pertenecen a la familia de los alcalinos que posee esta característica, mientras más abajo estés en la columna A1, más blando serás.
¿Por qué reaccionan con el agua? ¿Cómo es la entalpia de las reacciones observadas? Responda indicando las propiedades periódicas que justifican su reactividad con el agua S E N OI S U C SI D
Ya que mientras más abajo de la columna de alcalinos estas, más baja la energía de ionización y más aumenta la reactividad metálica esto hace que la reacción sea muy exotérmica. En el caso del potasio, el hidrogeno producido se enciende.
¿Qué tipo de compuesto es el que se forma en la reacción con agua? Utilice las observaciones con la fenolftaleína para su justificación Un compuesto Básico, esto es demostrable por con el uso de fenolftaleína. La fenolftaleína (de fórmula C₂₀H₁₄O₄ ) es un indicador de pH que en disoluciones ácidas permanece incoloro, pero en disoluciones básicas toma un color rosado con un punto de viraje entre pH=8,2 y pH=10. Por la siguiente tabla de resultados empíricos sabemos el pH de nuestras sustancias a analizar es:
Estos aparecen con un pH mayor al rango el cual queremos, pero recordar que nuestra sustancia a analizar no es pura. Es una mezcla de NaOH o KOH con H2O por lo cual su pH es tanto menor y si
E
S
entra en el rango de la fenolftaleína. Por lo cual su presencia si puede ser detectada por ella.
N OI
La fenolftaleína nos sirve para identificar bases con un pH entre los pH de 8.2 a 10. Un pH mayor o menos causa que la fenolftaleína se vuelva incolora.
S C
L
U
C
O
N
Los metales alcalinos con blandos y reaccionan exotérmicamente con agua liberando gas de hidrógeno que es altamente inflamable.
EXP (3) METALES ALCALINOTERRREOS CALCIO Propiedades Físicas:
MAGNESIO Propiedades Físicas
Densidad 1550 kg/m3 Punto de fusión 1115 K Punto de ebullición 1800 K Entalpía de vaporización 153,6 kJ/mol Entalpía de fusión 8,54 kJ/mol Presión de vapor 254 Pa a 1112 K.
Es un metal. Densidad: 1,74 g/cm3 Color: Gris Mayormente sólido. Punto de fusión: 651° C Punto de ebullición: 1106° C
¿Qué color presenta?
¿Qué color presenta?
El calcio tiene un color plateado y blancuzco.
Presenta un color blanco plateado
¿Presenta brillo metálico? ¿Presenta brillo metálico? Si, ya que todos los metales tienen intenso brillo
Brillo metálico, ojo, que pierde su brillo metálico y se oscurece cuando pasa varios días en contacto con el aire pues se oxida poco a poco.
¿Es duro o blando?
A R
¿Flota sobre el agua? S
Se hunde ya que la densidad del calcio es (1.55g/ml) y es mayor que el agua(1g/ml) y si la sustancia es mayor que el del agua este se hunde O
B
E
V
C
OI
N
E
S
Es duro, ya que todos los alcalinos térreos poseen dos electrones de valencia que participan en el enlace metálico, por lo que son más duros. Aun así, es maleable utilizando gran fuerza.
¿Es duro o blando? El magnesio es un metal ligero, pero considerablemente duro
¿Flota sobre el agua? Se hunde ya que la densidad del calcio es (1.74g/ml) y es mayor que el agua(1g/ml) y si la sustancia es mayor que el del agua este se hunde
Propiedades químicas Propiedades químicas
Ca O2 H2, Ca (OH)2 Pm= 74 Densidad= 2.08-2.34 g/cm3. pH de una solución saturada, a 25 grados centígrados= 12.4 Soluble en agua, glicerina, soluciones de azúcar o de cloruro de amonio.
Número atómico:12 Configuración electrónica: [Ne] 3s2 Símbolo: Mg Valencia 12 Tipo de configuración: cristalina hexagonal
¿Reacciona con agua? ¿Reacciona con agua? El calcio reacciona de manera violenta con el agua, cuando se encuentra en su estado metálico, con la finalidad de formar hidróxido de calcio.
Los metales de magnesio no están afectados por el agua a temperatura ambiente. El magnesio generalmente es un elemento poco reactivo.
REACCIÓN QUÍMICA CON AGUA Ca + H2O
CaO + H2
Tipo de reacción:
Reacción desplazamiento simple
Características del producto en agua
S O D
Apagado con poca agua: se llama hidratación seca y se hace con la cantidad estequiométrica de agua. El producto obtenido es un polvo seco. Apagado con una cantidad media de agua: se hace con una inmersión o inundación de la cal con el agua. El producto resultante es la cal en pasta.
A L
T
R
E
S
U
REACCIÓN QUÍMICA CON OXÍGENO
Apagado con abundante agua: Se obtiene la suspensión o lechada de cal.
Tipo de reacción:
Reacción de adición o síntesis
REACCIÓN QUÍMICA CON AGUA
Mg + H2O
Mg(OH)2
Tipos de reacciones:
Reacción de adición o síntesis
Características del producto en agua}
El magnesio no se encuentra en la naturaleza en estado libre (como metal), sino que forma parte de numerosos compuestos, en su mayoría óxidos y sales. El magnesio elemental es un metal liviano, medianamente fuerte, color blanco plateado. En contacto con el aire se vuelve menos lustroso, aunque a diferencia de otros metales alcalinos no necesita ser almacenado en ambientes libres de oxígeno, ya que está protegido por una fina capa de óxido, la cual es bastante impermeable y difícil de sacar.
¿Por qué calcio y magnesio presentan opacidad superficial? Indique las reacciones químicas que justifiquen su respuesta La opacidad en el calcio está dada por una capa de óxido de este metal ya que es almacenado en el aire.
El magnesio no presenta opacidad aun cuando es preservado en aire durante meses, este sigue siendo plateado y brillante. La reacción siguiente es muy lenta para ser significativa.
¿Por qué el calcio reacciona con el agua mientras que el magnesio no? Responda indicando las propiedades periódicas que justifican su reactividad con el agua
S
OI
N
E
S
El calcio reacciona de manera violenta con el agua, cuando se en cuentra en su estado metálico, con la finalidad de formar hidróxido de calcio acuoso y gas hidrógeno. Los metales de magnesio no están afectados por el agua a temperatura ambiente. El magnesio generalmente es un elemento poco reactivo
D
SI
C
U
¿Qué tipo de compuesto es el que se forma en la reacción con agua? Utilice las observaciones con la fenolftaleína para su justificación Como explicamos en el experimento 2, se está formando un compuesto básico. La primera imagen es el calcio reaccionando con el agua, y la segunda imagen es el magnesio con el agua, usamos la fenolftaleína para demostrar su basicidad
Fenolftaleína con hidróxido de calcio
Fenolftaleína con hidróxido de magnesio
S E N OI
S U L C N O C
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA (Formato APA): 1.-North Carolina School of Science and Mathematics . (2011).
Reaction of Potassium
and Water . Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=oqMN3y8k9So 2.-North Carolina School of Science and Mathematics . (2011). Reaction of Sodium and Water . Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=dmcfsEEogxs 3.-North Carolina School of Science and Mathematics . (2011). Reaction of Calium and Water . Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=i-rFsFwdkTU 4.-North Carolina School of Science and Mathematics . (2011). Reaction of Calcium and Oxygen . Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=dszSKIM5rqk 5.-North Carolina School of Science and Mathematics . (2011). Reaction of Magesium and Water . Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=kydoS6ztqV8 6.-North Carolina School of Science and Mathematics . (2011). Reaction of Magnesium and Oxygen . Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=NnFzHt6l4z8 7.-NileRed . (2015). Making Phenolphthain (a common pH indicator) . Disponible en
https://www.youtube.com/watch?v=kBo5UnNRodA
CUESTIONARIO: 1. Los elementos químicos en la tabla periódica se clasifican como metales y no metales. Describe las propiedades físicas y químicas de cada uno de ellos. 2. ¿Qué es la fenolftaleína? ¿Cuál es el rango de viraje de la fenolftaleína? La fenolftaleína (de fórmula C₂₀H₁₄O₄ ) es un indicador de pH que en disoluciones ácidas permanece incoloro, pero en disoluciones básicas toma un color rosado con un punto de viraje entre pH=8,2 y pH=10.
3. ¿Qué relación encuentra entre el carácter metálico o no metálico de un elemento y la acidez o basicidad de su óxido? 4. Clasifica a los siguientes elementos como metales o no metales y escribe su configuración electrónica completa: a) P; b) Na; c) Mg; d) Cl; e) S; f) Al y g) Ca.
5. ¿Qué relación existe entre el carácter ácido-base de los óxidos de los elementos con su posición en la tabla periódica? Ordene los elementos anteriores en orden creciente a su acidez y/o basicidad. 6. Diga cómo se denomina a los óxidos que reaccionan tanto con ácidos como con bases. ¿Qué óxidos caen dentro de esta clasificación?
7. ¿Qué es la electronegatividad? ¿Hacia dónde aumenta en la tabla periódica? 8. ¿Qué relación existe entre el carácter óxido-reductor de los elementos químicos y su posición en la tabla periódica? ¿Qué propiedades periódicas están íntimamente vinculadas a esta propiedad?
9. Según lo anterior, indique cuál sería el metal alcalino más reductor y cuál será el halógeno más oxidante. 10. Complete las siguientes reacciones químicas según el poder oxidante mayor o menor de los halógenos: a) Cl2(g) + KBr (ac) → b) Br2(l) + KI(ac) → c) F2(g) + KCl(ac) → d) Cl2(g) + KI(ac) → e) Cl2(g) + KCl(ac) →
