UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFacultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Especialidad de Ingeniería de TelecomunicacionesDepartamento Académico de Ciencias Básicas

(Química General)

Laboratorio N°3: Estados de agregación de la materia: SÓLIDOS Y LÍQUIDOS

Profesoras Responsables: Raquel Medina María Cáceres

Sección: M

Alumnos:

José Luis Chuima Sauñe (L3) David Alejandro Falcón Corzo (L3)

Christian Omar Fernandez Oriondo (L3) Hilario Vijay Molina Trejo (L3)

Fecha de presentación:

Jueves 31 de mayo de 2012.

Experimento 1: Diferencia entre “Sólido amorfo” y “Sólido cristalino”

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A. EL Sólido Amorfo :

Presentan un acomodo estructurado en el espacio, pero su acomodo es más desarreglado.Sus puntos de fusión son bajos y también no son exactos, pero se les puede ubicar en un rango de temperatura.En general no son tan duros estos solidos.

QU-111-M INFORME DE LABORATORIO N°3

EXPERIMENTO FUSIÓN DEL SÓLIDO AMORFO. Izquierda: Trozo de brea fundido. Derecha: Pedazos de plástico fundidos.

EXPERIMENTO FUSIÓN DEL SÓLIDO CRISTALINO. Sistema termómetro-capilar con naftalina siendo calentado.

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Los sólidos amorfos son más estables, gracias a la ley de entropía que dice que el "desorden" es más estable que el "orden".Un ejemplo de ellos es Carbón (Grafito) es un sólido amorfo tiene un Punto de Fusión muy bajo y es blandito (velo en la punta de un lápiz).

B. EL Sólido Cristalino :

Bueno el sólido cristalino es, como se dice, cristales, redes cristalinas teniendo una estructura periódica y ordenada. En general son compuestos iónicos o covalentes puros cuyos puntos de fusión son mucho más altos que los sólidos amorfos y más duros.Un ejemplo de ellos es el Carbón (Diamante) es un sólido cristalino, presentan Punto de Fusión muy alto y exacto, y es extremadamente duro.

FUSIÓN DE UN SÓLIDO AMORFO :Hallaremos la temperatura de fusión un trozo de brea y un trozo de plástico, pero como son solidos amorfos sus temperaturas de fusión no son exactas, así que las hallaremos por un rango aproximado.-Para el trozo de brea, se halló que a la temperatura de 52ºC algunos pedazos de la brea ya están fundidos, y aproximadamente a la temperatura de 130ºC ya todos los pedazos de brea se encuentran fundidos, pues de aquí se deduce el rango aproximado de la temperatura la brea y nos damos cuenta también por que presenta un desordenamiento irregular.-Para el trozo de plástico, se encontró que a la temperatura de 73ºC empieza por los bordes a fundirse, y aproximadamente hasta la temperatura de 140ºC ya todo el componente estaría fundido.

FUSIÓN DE UN SÓLIDO CRISTALINO :Hallaremos la temperatura de fusión una muestra de naftaleno.En este proceso, se pudo determinar experimentalmente que la temperatura de fusión del naftaleno es 84ºC.

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E l n a f t a l e n o p o s e e u n a t e m p e r a t u r a d e c a m b i o , e s t o s e d e b e a q u e e l n a f t a l e n o p o s e e u n o r d e n a m i e n t o q u e h a c e q u e s u s p r o p i e d a d e s s e a n u n i f o r m e s , p o r l o q u e s e l e c o n o c e c o m o s o l i d o c r i s t a l i n o .

CONCLUSIONES :

Los datos que obtuvimos no concuerdan exactamente con los datos teóricos esto es debido a los factores externos que intervinieron, como son la temperatura del ambiente, la humedad, etc.

Experimento 2: Propiedades de los sólidos cristalinos

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Diagrama aproximado de la distribución de los materiales a usar en el experimento fusión de un sólido cristalino.

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2.1 Higroscopia

Reacciones involucradas:

En este experimento, se observa la reacción de hidratación del sulfato de cobre anhidro a sulfato de cobre pentahidratado al interactuar con la humedad del ambiente.

CuSO4+5H 2O→CuSO4 .5H 2O

(Reacción de hidratación del sulfato de cobre)

Análisis de lo su c edido en el experimento:

Al dejar expuesto al ambiente el sulfato de cobre por espacio de una hora, se empezó a notar un paulatino pero constante cambio en la coloración del mismo, evidencia de una reacción química (cambio de propiedades organolépticas), de un celeste pálido a un azul marino de tonalidad fuerte. ¿Qué sucedió? Recordamos una propiedad de algunos sólidos cristalinos: higroscopia, la cual se define como la capacidad de algunas sustancias de hidratarse, es decir, añadir en su composición química moléculas de agua, que en muchos casos, provienen de la humedad ambiental. Para el caso particular del sulfato de cobre, si solamente está expuesto a la humedad ambiental, este hidrata en sulfato de cobre pentahidratado, lo cual se observa al final de la exposición, es decir, al final del experimento. Si se desea regresarlo a sulfato de cobre anhidro, tan solo basta someterlo a un proceso de calentamiento, las moléculas de agua se evaporarán y se tendrá de vuelta la sustancia anhidra.2.2 Delicuescencia

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Izquierda: Sulfato de cobre anhidro al iniciar el experimento. Derecha: Sulfato de cobre luego de una hora.

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Reacciones involucradas:

El hidróxido de sodio absorbe agua o humedad del ambiente, y, si la absorbe en suficiente cantidad, es capaz de pasar a ser una solución saturada de hidróxido de sodio, por lo que su estado aparente a simple vista sería el de un líquido.

Análisis de lo sucedido en el experimento:

Al dejar expuesto el hidróxido de sodio al ambiente por espacio de una hora, a los pocos minutos de iniciado el experimento se observa como si este se estuviera “derritiendo”, para luego secarse y formar una especie de pasta sólida que se encuentra distribuida alrededor de lo que queda de la pepita de hidróxido sólido. ¿Qué sucedió? Podemos explicar este fenómeno por una propiedad de los sólidos cristalinos: delicuescencia, la que se define como la capacidad de algunas sustancias (especialmente cloruros e hidróxidos) de absorber moléculas de vapor de agua del aire húmedo para formar hidratos o soluciones saturadas de los mismos. Este fenómeno ocurre si la presión parcial de vapor de agua en el aire es mayor a la presión del vapor del sistema hidrato a la temperatura dada, y en esto radica su mayor diferencia de la anterior propiedad, higroscopia. Esto también explica por qué, a diferencia de la anterior experiencia, no toda la sustancia reacciona con la humedad del ambiente, debido probablemente a no alcanzar la suficiente presión de vapor de agua del ambiente para superar la del sistema hidrato.

2.3 Sublimación

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Izquierda: Hidróxido de sodio al iniciar el experimento. Derecha: Hidróxido de sodio luego de una hora.

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Observación:

Tener especial cuidado al momento de iniciar y concluir el experimento con el, evitar tener contacto con el yodo sólido puesto que es muy corrosivo y puede generar lesiones en la piel, y también evitar inhalar los vapores de yodo, puesto que son muy irritantes tanto para los ojos como para la mucosa nasal.

Reacciones involucradas:

Este experimento trata de un simple cambio físico: la sublimación, que consiste en el paso directo de una sustancia de una fase sólida a la fase gaseosa, sin pasar por la fase líquida. Este paso normalmente recibe también el nombre de sublimación directa, mientras que el sentido contrario (de fase gaseosa a fase sólida) recibe el nombre se sublimación inversa. Así, en un sistema en equilibrio químico:

I 2(s)↔I 2 (g)

(Sublimación directa del yodo)

Análisis de lo sucedido en el experimento:

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Izquierda: Pepita de yodo en el tubo de ensayo. Derecha: Vapor producto del calentamiento del yodo.

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Luego de calentar el agua en el vaso, e introducir el tubo tapado con la pepita de yodo, se observa que en el interior del tubo de ensayo el yodo en estado sólido (de color gris violáceo), desprende un vapor de color violeta tenue, hasta que el tubo de ensayo es retirado y la temperatura vuelve a su medida anterior. ¿Qué sucedió? Si recurrimos a información adicional, nos daremos cuenta rápidamente que el fenómeno observado corresponde al desprendimiento de vapor de yodo, el cual tiene este color característico. Esto nos quiere decir que aquí ocurrió un cambio químico: sublimación de tipo directa (de fase sólida a fase gaseosa) lo cual es fácilmente verificable si revisamos las propiedades físicas del yodo (presión y temperatura) en su diagrama de fases

A presiones menores a 1 atm. y a temperatura ambiente, vemos que es posible con un simple calentamiento pasar al yodo de estado sólido a gas sin necesidad de pasar por el líquido, lo cual sucede en este experimento.

Experimento 3: Obtención de sólidos cristalinos a partir de una solución sobresaturada

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Diagrama de fases para el yodo en inglés (no está a escala).

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Reacciones involucradas:

Para obtener los cristales de sulfato de cobre pentahidratados (pequeños cristales de tonalidad azul marina), en este caso se sigue un proceso diferente al de exponerlos al ambiente y esperar su formación. Se sumergen los cristales anhidros en agua para luego calentarlos y formar una solución sobresaturada de sulfato de cobre. Al ser una solución sobresaturada, esta contiene mas sulfato de cobre del que puede disolver, siendo la única manera de mantener disuelto todo el soluto tener la solución a alta temperatura, por lo que al enfriarse, la cantidad que está por encima del límite de solubilidad permitida a temperatura ambiente solidificará y sedimentará, son estos cristales (en este caso también pentahidratados) los que se obtienen. Se observa que, a diferencia de los anteriores cristales obtenidos por higroscopia, estos tienen más tamaño, unas especies de “líneas” o “trazos” sobre su superficie y una tonalidad más pálida que los anteriores, que se relacionan con el método de obtención empleado.

Experimento 4: Confección de los modelos de celdas unitarias de empaquetamientos más comunes

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Izquierda: Cristales de sulfato de cobre antes del calentamiento. Derecha: Cristales de sulfato de cobre después del calentamiento.

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Esta parte del informe de laboratorio, es un apéndice gráfico de algunas de las principales estructuras cristalinas cuyas maquetas se observaron en el laboratorio.

Empaquetamiento cúbico simple: Por celda unitaria hay 1/8*8 = 1 átomo.

Empaquetamiento cúbico de cuerpo centrado: Por celda unitaria hay 1 + 1/8*8 =2 átomos.

Empaquetamiento cúbico de cara centrada: Por celda unitaria hay

½*6 + 1/8*8 = 4 átomos.

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Modelo de empaquetamiento cúbico simple a base de vidrio y

pelotas de tecnopor.

Modelo de empaquetamiento cúbico de cuerpo centrado a base de vidrio y pelotas de tecnopor.

Modelo de empaquetamiento cúbico de cara centrada a base de

vidrio y pelotas de tecnopor.

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Empaquetamiento hexagonal compacto: Por celda unitaria hay 1 + ½*2 + 12*1/8 = 3.5 átomos.

Experimento 5: Determinación de la

temperatura de ebullición del alcohol

etílico

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Modelo de empaquetamiento hexagonal compacto a base

de vidrio y pelotas de tecnopor.

Izquierda: Gráfico del experimento

armado.Derecha: Sistema

usado en el experimento

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OBSERVACIONES:

Al introducir el tubo capilar en el tubo de prueba, el alcohol etílico comenzó a ascender hasta el extremo cerrado del tubo capilar, esto debido a la diferencia de presiones en la parte de alcohol libre y la parte de alcohol debajo del capilar.

Mientras el sistema se iba calentando se observo pequeñas burbujas, tanto como en el agua como en el alcohol.

Cuando en el termómetro la temperatura media aproximadamente 90ºC, se apagó la estufa y se observo que las burbujas en el agua najaron considerablemente, pero en el tubo capilar, desde el extremo abierto, las burbujas de alcohol salían hasta la superficie muy rápidamente.

Al momento de salir la última burbuja del capilar, el termómetro midió aproximadamente 80 º C, que corresponde a nuestro valor experimental del punto de fusión del alcohol etílico.

Finalmente se observo que el alcohol etílico nuevamente ascendió hasta el extremo cerrado del capilar.

COMPARACION DE LOS DATOS OBTENIDOS:

Consultando información, se sabe que la temperatura de ebullición teórica del alcohol etílico vale 78,4ºC, por lo tanto nuestro porcentaje de error es:

%ERROR = [(Valor Teórico – Valor Experimental) / (Valor teórico)]*100

% ERROR = [(78,4ºC – 80ºC) / ( 78,4ºC)] * 100 % ERROR = - 2,0408%

Considerando el valor absoluto, podemos decir que nuestro valor experimental se desvía un 2.0408% de nuestro valor experimental.

A continuación damos algunas causas que produjeron el error obtenido:

La incertidumbre del termómetro, el error inevitable en todos los aparatos de medida.

El valor teórico se calcula en base a una presión y constante, pero nuestro calculo es en realidad lo con la presión variable del ambiente.

Se hubiese enviado un valor más exacto si al apagar la estufa, hubiéramos retirado al equipo de la misma. No se hizo esta operación debido a que el termómetro/tubo colgaban de un soporte, mientras que el vaso no.

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El alcohol etílico debió tener algún porcentaje de impureza.

CUESTIONARIO

1) DEFINIR LOS TERMINOS:

Higroscopia: Es la capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder humedad al medioambiente,

Algunos de los compuestos higroscópicos reaccionan químicamente con el agua como los hidruros o los metales alcalinos. Otros la atrapan como agua de hidratación en su estructura cristalina como es el caso del sulfato de sodio.

Delicuescencia: Es la propiedad que presentan algunas sales y óxidos, principalmente de absorber moléculas de vapor de agua del aire húmedo para formar hidratos. Este fenómeno ocurre si la presión parcial de vapor de agua en el aire es mayor a la presión del vapor del sistema hidrato a la temperatura dada.

Sublimación: Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse a presión y temperatura ambiente es el hielo seco.

Solido Amorfo: Sólido cuyo acomodo interno de átomos, moléculas o iones carecen de una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas.

Solido Cristalino: Sólido cuyo acomodo interno de átomos, moléculas o iones muestra una repetición regular en todas las direcciones dentro del sólido.

Anisotropía: es la propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas, tales como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas.

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Isotropía: Es la característica de los cuerpos cuyas propiedades físicas no dependen de la dirección. Es decir, se refiere al hecho de que ciertas magnitudes vectoriales conmensurables, dan resultados idénticos con independencia de la dirección escogida para dicha medida.

Alotropía: Es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras químicas diferentes, como el oxígeno, que puede presentarse como oxígeno atmosférico (O2) y como ozono(O3), o con características físicas distintas, como el carbono, que lo hace como grafito, diamante, grafeno y fulereno. Para que a un elemento se le pueda denominar como alótropo, sus diferentes estructuras moleculares deben presentarse en el mismo estado físico.

Polimorfismo: Es la capacidad de un material sólido de existir en más de una forma o estructura cristalina, todas ellas con la misma composición de elementos químicos. Por ejemplo, el diamante y el grafito son polimorfos del carbono. La α-ferrita, la austenita y la δ-ferrita son polimorfos del hierro. Cuando esta propiedad se da en compuestos formados por un único elemento se denomina también alotropía.

Punto de Fusión: es la temperatura a la cual encontramos el equilibrio de fases sólido - líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.

Punto de Ebullición: Es aquella temperatura en la cual la materia cambia de estado líquido a estado gaseoso, es decir hierve. Expresado de otra manera, en un líquido, el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido.1 En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido.

Presión de Vapor: Para una temperatura dada, es la presión que ejerce la fase gas de una sustancia pura, cuando está en equilibrio con su fase solida o liquida.

2) MEDIANTE UN CUADRO, ESTABLEZCA LAS CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS COVALENTE, IONICO, MOLECULAR,

METALICO, INDICAR ADEMAS, NATURALEZA DE ENLACE Y UNOS EJEMPLOS:

Tipo de Solido Iónico Covalente Molecular Metálico

Partículas de la celda unidad

Moléculas u átomos Átomos Iones Iones metálicos con nubes de

electronesNaturaleza de EnlaceDipolo-Dipolo y Puente

HidrogenoEnlace Covalente Electrostática Enlace Metálico

( atracción eléctrica entre

cationes y electrones)

Características Blandos, malos conductores eléctricos y

Muy duros, malos conductores eléctricos y

Duros, frágiles, malos conductores eléctricos y

De blandos a muy duros, buenos conductores

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térmicos, bajo peso molecular

térmicos, alto peso molecular

térmicos, alto peso molecular

del calor y la electricidad, amplio rango

de pesos moleculares

Ejemplos P4, S8, H2O C (diamante)SiO2 (cuarzo)

NaCl, CaBr2, K2SO4

(sales Típicas)Li, K, Ca, Cu, Cr; Ni

3) BUSCAR EN LA BIBLIOGRAFIA LA TEMPERATURA DE EBULLICION NORMAL DEL ACOHOL ETILICO Y LA TEMPERATURA DE FUSION DEL NAFTALENO. COMPARE CON SUS DATOS EXPERIMENTALES. DETERMINAR EL PORCENTAJE DE ERROR Y QUE FACTORES PARA QUE EXISTA DICHO ERROR:

Alcohol Etílico: Consultando información, se sabe que la temperatura de ebullición teórica del alcohol etílico vale 78,4ºC, por lo tanto nuestro porcentaje de error es:

%ERROR = [(Valor Teórico – Valor Experimental) / (Valor teórico)]*100

% ERROR = [(78,4ºC – 80ºC) / ( 78,4ºC)] * 100 % ERROR = - 2,0408%

Considerando el valor absoluto, podemos decir que nuestro valor experimental se desvía un 2.0408% de nuestro valor experimental. A continuación damos algunas causas que produjeron el error

obtenido:

La incertidumbre del termómetro, el error inevitable en todos los aparatos de medida. El valor teórico se calcula en base a una presión y constante, pero nuestro calculo es

en realidad lo con la presión variable del ambiente. Se hubiese enviado un valor más exacto si al apagar el mechero, hubiéramos retirado

al equipo de la misma. No se hizo esta operación debido a que el termómetro/tubo colgaban de un soporte, mientras que el vaso no.

Algún porcentaje de impureza debió tener el alcohol etílico

Naftaleno: no tengo ese dato al que le toco que ponga esa información.T fusión naftaleno: 80 °C

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4) (Esta pregunta es igual a la 6.)

5) MOSTTRAR MEDIANTE UN ESQUEMA LOS SOLIDOS VISTOS EN EL LABORATORIO:

BREA PLASTICO

NAFTALENO

SULFATO DE COBRE

HIDROXIDO DE SODIO

YODO

GRAFICORED CRISTALINA No

presenta

No presenta

Triclínica Ortorrómbica

TIPO DE CELDA No presenta

No presenta

# DE ATOMOS POR CELDA

No definido

No definido

FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO ATOMICO

No definido

No definido

# DE COORDINACION

No definido

No definido

DENSIDAD TEORICA No definido

No definido

1.14 g/cm3 3,603g/cm3

2,1 g/cm3 4,94 g/cm3

6) DIAGRAMA DE FASE DEL H2O

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DIAGRAMA DE FASE DEL CO2:

Punto Triple: El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presión de vapor.

Punto Crítico: Punto en el diagrama de fases de una sustancia determinada por algún valor de Temperatura y presión por encima de la cual no se puede condensar un gas de la sustancia dada.

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Curvas de Equilibrio: Curvas del diagrama de fases en las cuales para diferentes valores de presión y temperatura la sustancia se puede encontrarse en dos estados diferentes.

Estados de agregación: para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, en relación con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen.

Bibliografía

http://www.galeon.com/ Enciclopedia Microsoft Encarta 2002 ® http://es.wikipedia.org/wiki/Etanol Guía de Laboratorio de Química. UNI-FIEE, Ciclo 2012-1.

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