UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA MINERA Y METALURGICA

INFORMEPrimer Laboratorio de Química I

QU113-R

Ing. SESPEDES VALKARSEL SVITLANA

ESTRUCTURA ATÓMICA

Integrantes:

Bustinza Agramonte Alex Valentín 20112620E

Cardenas Melo Leslie Helen 20111 331J

Melgarejo Magariño Gian Carlo 20112 649C

LIMA – PERÚ

2011 - II

INTRODUCCION

Cada persona posee rasgos únicos que lo identifica y diferencia;

como las huellas digitales. Así también, los elementos químicos

pueden ser identificados a través de sus respectivos espectros

atómicos.

El estudio de los espectros atómicos tiene aplicaciones en

diversos campos; desde la minería (al hallar, identificar o

comprobar la existencia de determinados minerales en zonas

difícilmente accesibles) hasta la astrología (al determinar la

composición química de estrellas, planetas y cometas que se

encuentran a años luz de distancia).

OBJETIVOS

Utilizar de forma segura y correcta algunos instrumentos y

materiales de laboratorio.

Mediante el mechero de bunsen, lograr una llama no

luminosa y de alta energía calorífica, necesaria para realizar

diversos análisis químicos.

Identificar el color característico de la llama de los

elementos analizados (espectros atómicos) en sus

soluciones iónicas.

Reconocer correctamente los iones presentes en una

muestra desconocida a partir de los espectros de muestras

base.

FUNDAMENTO TEORICO

RADIACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

La oscilación o la aceleración de una carga eléctrica cualquiera, genera un fenómeno físico integrado por componentes eléctricos y magnéticos, conocido como espectro de radiación de ondas electromagnéticas.La única diferencia existente entre un grupo de ondas y otras dentro del espectro electromagnético es su frecuencia, su longitud y el nivel de energía que transmiten.

Características principales de las ondas electromagnéticas

Frecuencia: Responde a un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número determinado de veces durante un segundo de tiempo.

Longitud de onda: Cuando tiramos una piedra en un estanque de agua, se generan ondas similares a las radiaciones propias del espectro electromagnético. Tanto las ondas que se producen por el desplazamiento del agua, como las ondas del espectro electromagnético poseen picos o crestas, así como valles o vientres.

La distancia horizontal existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, o también el doble de la distancia existente entre un nodo y otro de la onda electromagnética, medida en múltiplos o submúltiplos del metro (m), constituye lo que se denomina “longitud de onda”.

Amplitud de onda: Constituye el valor máximo que puede alcanzar la cresta o pico de una onda. El punto de menor valor recibe el nombre de valle o vientre, mientras que el punto donde el valor se anula al pasar, se conoce como “nodo”.

Para su propagación, las ondas electromagnéticas no requieren de un medio material específico, pues pueden viajar incluso por el espacio extraterrestre. Las ondas electromagnéticas se propagan por el vacío a la velocidad de la luz.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El espectro electromagnético se puede organizar de acuerdo con la frecuencia correspondiente de las ondas que lo integran o de acuerdo con sus longitudes de onda.

¿QUÉ ES LA LUZ?

La luz visible es una radiación comprendida dentro de una porción o sección del espectro electromagnético, que permite a los seres vivos ver los objetos que le rodean. La luz se manifiesta como:

1. Radiaciones de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias y longitudes.

2. Partículas denominadas fotones.

La luz blanca procedente del Sol y de la mayoría de las fuentes de luz artificial, se compone de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias y longitudes de onda, y son las únicas de todo el espectro electromagnético que podemos ver. Debido a la diferencia de frecuencias de los rayos que la integran, la luz blanca se considera incoherente.

DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ BLANCA

Si hacemos pasar un rayo de sol (luz blanca) a través de un prisma, podremos observar que se descompone en los mismos colores que integran un arco iris, el rayo de luz blanca del Sol al atravesar el prisma, se descompone en seis colores, que van del rojo al violeta.

Teoría cuántica de la luz:

Max Planck propuso que la energía que irradia la luz no es continua, si no que se emite en forma de pequeñísimos paquetes energéticos (cuantos), separados e indivisibles cuya magnitud depende de la longitud de onda.

E = hf = hc/λ

Donde h es la constante de Planck (6.62 x 10-34 J.s)y f es la frecuencia natural c es la velocidad de la luz (3 x 108 m/s)

Al calentar una sustancia hasta determinada temperatura (suministrarle energía suficiente hasta la incandescencia), ésta emite luz, la que está constituida por ondas de diversas longitudes. El grupo de longitudes de onda que produce un determinado elemento difiere del de cualquier otro.

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento 1: Manejo del mechero BunsenEn este experimento se identificarán las diversas zonas de la llama, para tener una idea de las temperaturas que alcanza la llama del machero, se introduce en las diversas zonas y en el borde de la misma el extremo de un alambre de nicrom.Observando el color que tiene cuando se pone incandescente, puede hacerse un esquema aproximado de las distintas temperaturas que se dan en las llamas del mechero de bunsen.

Procedimiento:

Cerramos totalmente la entrada de aire (anillo regulador), luego abrir ligeramente la llave de entrada de gas y acercar lateralmente una cerilla encendida.

Regular la entrada de gas hasta conseguir la altura deseada. Abrir la entrada de aire gradualmente hasta conseguir una

llama azul.

Conclusiones:

Al encender el mechero (con la entrada de aire cerrada) se produce la combustión incompleta que genera una llama luminosa.

Conforme aumentamos el suministro de aire (mediante el anillo regulador) la llama se hace menos luminosa, lo cual indica que está ocurriendo la combustión completa del gas.

La llama luminosa es poco energética, mientras que la no luminosa es más energética y nos permite obtener mayores temperaturas.

EXPERIMENTO 2: Estudio cualitativo del espectro de emisión

Materiales:

• Mechero de Bunsen

• Alambre de nicrom

• Tubos de ensayo

• Gradillas

• Piceta

• Gotero

Reactivos: (soluciones acuosas-iónicas)

• Ácido clorhídrico (HCl 6N)• Cloruro de sodio (NaCl)• Cloruro de bario (BaCl2)• Cloruro de litio (LiCl)• Cloruro de estroncio (SrCl2)• Cloruro de calcio (CaCl2)• Cloruro de potasio (KCl)

Procedimiento:

Limpiar y lavar los tubos de ensayo, enjuagarlos con agua destilada.

Conectar el Mechero de Bunsen al suministro de gas, encenderlo y regularlo para obtener una llama altamente energética (no luminosa).

Limpiar el alambre de nicrom usando HCl y comprobar que no altere la llama del mechero (limpio de otras sustancias).

Introducir el alambre de nicrom en la primera muestra. Luego exponer el alambre con la

muestra en el cono externo de la llama y observar el color de la primera muestra.

Identificar y anotar el color desprendido por la llama correspondiente a la muestra analizada

Limpiar el alambre e introducirlo en HCl (para eliminar restos de la sustancia anterior)

Introducir el alambre de nicrom en la segunda muestra y repetir la misma operación con las 5 muestras restantes.

Luego determinando los colores respectivos:

Llama

Elemento Litio Sodio Potasio Calcio Estroncio Bario

Color Rojo Amarillo Lila Rojo Rojo Verde carmín intenso ladrillo escarlata claro

Conclusiones:

Es necesario el uso de una llama energética del tipo sonora y que la temperatura más alta se encuentra en el vértice superior del cono coloreado.

Cada elemento posee una llama de un color característico que lo identifica.

De acuerdo al tipo de solución analizada, (cloruros, sulfatos, etc.) los colores de los elementos varían en las tonalidades.

Conforme la solución analizada se complique, lo colores van cambiando. Por lo que el experimento no es muy efectivo para reconocer claramente la presencia de iones específicos en sustancias más complejas.

Experimento 3: Identificación de algunos elementos en las muestras problema

Materiales:

Mechero de Bunsen. Alambre de nicrom Tubos de ensayo Gradillas

Reactivos:

Tres muestras problemas (entregadas por el profesor) HCl (concentrado)

Procedimiento:

Analizar las muestras problema entregadas por el profesor. Realizar el mismo procedimiento que en el experimento

anterior para cada muestra problema. Comparar los colores de la llama obtenidos con los

resultados del experimento anterior e identificar cada sustancia desconocida (muestra problema). Anotar los resultados.

Datos y observaciones del experimento:

Al analizar la primera muestra notamos que el color que predomina en la llama es el ROJO LADRILLO y en base al experimento anterior podemos concluir que la muestra contiene CALCIO.

Repetimos el experimento con la segunda muestra y observamos que el color desprendido por la llama es el VERDE CLARO lo que nos indica la presencia de BARIO.

Por último analizamos la tercera muestra y se observa que el color de la llama es LILA lo cual indica la que la presencia de POTASIO.

Conclusiones:

Al exponer un reactivo a la llama, éste produce diversos colores, dentro de los cuales predomina uno que se observa claramente por unos segundos.

Se puede utilizar el experimento como un método para reconocer elementos presentes en sustancias desconocidas sencillas al observar el color de la llama y compararlo con muestras conocidas ya analizadas.

CONCLUSIONES GENERALES DEL INFORME

El mechero bunsen permite alcanzar diversas temperaturas según se regulen la entrada de gas y de aire. Las mayores temperaturas siempre se encuentran en el cono superior.

El color desprendido por las llamas depende del espectro de emisión del elemento analizado (presente en la muestra), el cual es único y permite reconocerlo.

La fiabilidad de los resultados obtenidos depende directamente de lo complicada que puede ser la sustancia analizada; si ésta es una mezcla es probable que no observemos fácilmente un color predominante.

RECOMENDACIONES

Es necesario mantener el paso de aire cerrado al encender el mechero, para luego regularlo y obtener una llama mejor.

El limpiado de los materiales es clave para una mayor fiabilidad en los resultados. De no hacerse cuidadosamente se corre el riesgo de contaminar la muestra y por ende alterar los resultados.

DESARROLLO DEL CUESTIONARIO Y PROBLEMAS

1) Explicar cuál es la naturaleza de la luz

La luz visible es una radiación comprendida dentro de una porción o sección del espectro electromagnético. Se manifiesta como una onda o como una partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios.

2) Explicar qué produce la sensación de diversos colores

Los objetos tienen la propiedad de absorber y reflejar radiaciones electromagnéticas. Los colores que experimentamos normalmente son mezclas de longitudes de onda que reflejan o emiten las demás; estas son las que producen sensación de color.El color es un fenómeno físico de la luz, asociado con las diferentes longitudes de onda en el rango visible del espectro electromagnético.

3) Explicar qué es fotón y qué es cuanto

Fotón (según Einstein) es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, luz visible, la luz infrarroja, las microondas, y las ondas de radio.

El cuanto es la cantidad elemental de la energía (paquete energético según Planck) proporcional a la frecuencia de la radiación a la que pertenece. (E = hν)

4) Establecer las diferencias entre: espectro de absorción y espectro de emisión , espectro continuo y espectro discontinuo

En un espectro de absorción; se irradia un sistema, éste solo absorbe parte de la radiación y el resto la refleja. Según la radiación que deje pasar se identifica su espectro.

En un espectro de emisión; un sistema es excitado y lo que se estudia es la radiación emitida por éste, lo que determina su espectro.

De la descomposición de la luz blanca se obtiene un espectro continuo. Del análisis de sustancias por absorción o emisión se obtienen espectros discontinuos.

5) ¿Qué es una línea espectral?

Es una línea oscura o brillante dentro de un fondo brillante u oscuro respectivamente, resultando un exceso o una deficiencia de fotones en una gama de frecuencia estrecha comparada con las frecuencias próximas.

6) Averigüe con que instrumento se puede observar las líneas producidos a la llama

Un espectrómetro óptico o espectroscopio sirve para medir las propiedades de la luz en una determinada porción del espectro electromagnético. La variable que se mide generalmente es la intensidad de la luz.

La variable independiente suele ser la longitud de onda de la luz, puede ser expresada en cualquier unidad directamente proporcional a la energía del fotón. Se

utilizan espectrómetros en espectroscopia para producir líneas espectrales y medir sus longitudes de onda e intensidades.

7) Se tiene las radiaciones de energía causantes de la sensación roja (λ=650nm) y violeta (λ=400nm ) contestar las siguientes preguntas:

a. ¿Cuál de ellos tiene la longitud de onda más larga?

λ=650nm > λ=400nm λR > λV

b. ¿Cuál es la más energética y cuál es su valor en calorías?

ν = C / λ (C = 3 x 108 m/s) νR = 4,6 x 1014 Hz νV = 7,5 x 1014 Hz

E = h ν (h = 1,58 cal.s) ER = 7,29 x 1014 cal EV = 11,58 x 1014 cal

La mas energética es la sensación violeta: EV = 11,58 x 1014 cal

c. ¿Cuál se desvía mas en el prisma del espectroscopio utilizado?

La radiación que se desvía más en el prisma del espectro utilizado es la sensación roja, debido a que tiene menor energía.

d. ¿Cuál forma una línea hacia la región de alta energía del espectro?

La que forma una línea hacia la región de alta energía es la sensación violeta.

e. ¿Cuál es causada por transición electrónica más larga en un átomo?

La que es causada por transición electrónica más larga es la sensación violeta (n=5 n=1).

8) ¿Cuál de las siguientes radiaciones es más

intensa o penetrante?

a. Rayos xb. Radiación de sensación azulc. Radiación de sensación rojad. Infrarroja

Según el espectro electromagnético:

Rayos x > Radiación de sensación azul > Radiación de sensación roja > Infrarroja

9) Explique brevemente utilizando estructuras atómicas como puede interpretarse la presencia de líneas en el espectro de los elementos utilizados en la práctica

Debido a la discontinuidad de la materia, los espectros de los átomos también lo son.

10) ¿Todas las líneas de la serie de Balmer caen en la región de la luz visible?

En base a los postulados de Bohr, existen varias series espectrales del espectro del hidrógeno. Observando en la siguiente figura:

Las series espectrales son:

a. Serie de Lyman nf = 1 ; ni = 2, 3, 4, …, (Ultravioleta)b. Serie de Balmer nf = 2 ; ni = 3, 4, …, (Visible)c. Serie de Pachen nf = 3 ; ni = 4,5,…, (Infrarrojo)

Todas las líneas de la serie de Balmer caen en la región de la luz visible.

BIBLIOGRAFÍA:

CHANG, Raymond. Química séptima edición, Editorial: Mc Graw-Hill.

Silberberg. Química “La naturaleza molecular del cambio y la materia” segunda edición, Editorial: Mc Graw-Hill.

Brown, Lemay, Bursten. Química “La ciencia central” novena edición, editorial Pearson.

Petrucci, Harwood, Herring. Química General octava edición: Editorial: Prentice Hall.

Páginas Web visitadas:

http://www.asifunciona.com/fisica/af_espectro/af_espectro_1.htm