reporte 4 - estado solido

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Reporte 4 Estado Solido Quimica 4, USAC,

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1 RESUMEN En la prctica #4, se logr la preparacin Nitrato de Potasio (KNO3) por medio de la cristalizacin, tcnica usada para separaciny/o purificacin de un compuesto slido. Al inicio de la prctica se hizo el clculo correspondiente paraobtenerelpesodelosreactivosutilizado;KNO3(NitratodePotasio)y NaCl(Clorurodesodio),adichoscompuestosseleaadi40mldeagua destilada,lacualfuecalentadapreviamenteasupuntodeebullicinpara disolverloscompuestos.Lamezclasefiltrparaeliminarlosprecipitados presentes, se transfiri el filtrado caliente a un beaker calentando de nuevo la solucinhastallegaraevaporarpartesdelamezcla,seguidamentese sumergi la mezcla en un bao de agua con hielo para cristalizar el compuesto para as filtrarlo de nuevo y eliminar el exceso de agua contenida. Se procedi a colocarlo en un contenedor para secarlo durante 24 horas y as obtener un slido cristalino. El slido obtenido fue pesado y en base al peso del mismo se obtuvo un porcentaje de recuperacin de KNO3 de 73.64% con un margen de error de 26.35%. Se realiz en el laboratorio de Qumica 4, a una temperatura media de 24C, presin de 0.84 atm. 2 OBJETIVOS General Utilizarlatcnicadeseparaciny/opurificacindeuncompuesto slido por cristalizacin. Especifico 1) Preparar Nitrato de Potasio puro de una mezcla de Nitrato de Sodio y Cloruro de Potasio. 2) Determinarel efectodelatemperatura enlasolubilidaddeNitrato de Potasio (KNO3) y el Cloruro de Sodio (NaCl). 3)Calcularelporcentajedesustanciapuraqueseobtienepor cristalizacin. 4) Utilizarlatcnicadecristalizacin,parapurificarunamuestradeKNO3.mezclada con NaCl. 3 MARCO TEORICO EL ESTADO SLIDO DE LA MATERIA Elestadoslidodelamateriaserefierealestadounasustanciade energacondensadaporprdidadecalor,conunadensidadrelativamente alta,unagrancohesinentresuspartculas quees mayoralarepulsin de sus cargas electromagnticas y una gran resistencia a cambiar su estado de reposo de forma y volumen definidos cuando no est confinado. En el estado slido las partculas solamente pueden moverse vibrando uoscilandoalrededordeposicionesfijas,peronopuedenmoverse trasladndoselibrementealolargodelslido.Laspartculasenelestado slidopropiamentedicho,sedisponendeformaordenada,conuna regularidadespacialgeomtrica,quedalugaradiversasestructuras cristalinas. Al aumentar la temperatura aumenta la vibracin de las partculas. Los slidos se conforman cuando las molculas altamenteenergizadasconfuertevelocidady oscilacin en estado de fusin pierden calor. Las molculas de los slidos interactan entre s conunafuerzaintensa.Estasinteraccionespueden estar organizadas en una estructura cristalina regular (monocristalinaopolicristalina)onotenerunaforma definida amorfos. Sidurantelasolidificacinlaprdidadecalor produce un cambio lento en el estado de las partculas, stas se organizarn de forma coherente adoptando una estructura geomtrica o cristalina, y si por elcontrariolasolidificacinsedademanerasbita,laspartculasse 4 organizarndeformaamorfa,puesnopodrncolocarsedeforma homognea como en el caso del vidrio. Losslidosseagregandeformargida,sinpodercomprimirse.Son materiales duros y resistentes que no se difunden. Si un slido es deformado, puede recuperar su forma original o puede romperse en muchos fragmentos. Losslidos tienenunaforma definidarelativamente rgida y no fluyen como los gases o los lquidos. Lasfuerzasque afectanacada molcula en un material slido son diferentes en el interior del material que en la superficie. Dentro del material,cadamolculaestsometida atodaslas fuerzas de atraccin posibles con sus molculas vecinas, por lo que se afirma que las partculas dentro de los slidos encuentra en un estado menor de energa. En las molculas en la superficie hay fuerzas netas hacia el interior de lamateriayposibilidadesdeinteraccin,porloquedichaspartculas superficiales se encuentran en un estado ms alto de energa. Debido a la gravedad, el volumen de la materia origina una tendencia del sistema a disminuir la energa total de dicho cuerpo. Propiedades de los slidos 5 Elasticidad: Un slido recupera su forma original cuando es deformado. Unresorte es unobjetoenque podemos observaresta propiedad ya que vuelve a su forma original. Fragilidad:Unslidopuederomperseenmuchosfragmentos (quebradizo). Dureza: hay slidos que no pueden ser rayados por otros ms blandos. El diamante es un slido con dureza elevada. Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rgidos y no fluyen como lo hacen los gases y los lquidos, excepto bajo presiones extremas del medio. Alta densidad: Los slidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercana de sus molculas por eso se dice que son ms pesados Flotacin:Algunosslidoscumplenconestapropiedad,solosisu densidad es menor a la del lquido en el cual se coloca. Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema fsico o un sistemasocialaposiblescambios,enelcasodelosslidospone resistencia a cambiar su estado de reposo. Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas. Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos aserlabradospordeformacin. Lamaleabilidadpermitelaobtencin dedelgadaslminasdematerialsinquesteserompa,teniendoen comn que no existe ningn mtodo para cuantificarlas. Ductilidad: La ductilidad se refiere a la propiedad de los slidos de poder obtener hilos de ellas. Estructura Cristalina Laexistenciadelamateriaenunestadouotrodependedelas condicionesdepresinytemperaturaenlasqueseformaron.Delamisma forma, estos parmetros condicionan la formacin de la estructura interna del slido. 6 Cadaelementotienesuspropiascurvasde cambiodefase,demaneraquedependiendodel elementosenecesitarnunascondiciones uotras para la formacin del slido o para realizar cualquier otro cambio de fase. Dependiendo del alcance del orden espacial de la estructura interna en la materia ysudistribucinenlamismapodemosdistinguir entre: Monocristal: Presenta una fuerte interaccin entre sus componentes los cualesdescribenunamnimaoscilacinconpocaenergapotencial. Las partculas estn dispuestas deacuerdo aun orden enelespacio que est determinado de acuerdo con una red estructural formada por la "recreacin" geomtrica de la celdilla unidad en toda la estructura del slido. Presentan lo que se conoce como Anisotropa. Policristal:Estcompuestopordiversasregionesenlasque individualmente se recrea un monocristal aunque las disposiciones de cada una de estas regiones no son simtricas entre s. Presenta lo que se llama Isotropa estadstica. Amorfos: No presentan una estructura o distribucin en el espacio, lo cuallosdeterminacomounaestructuraespacialtridimensionalno definida. No se trata de una estructura cristalina. En rigor, esta clasificacin slo es aplicable a sustancias puras. n un modelo de slido en el que los tomos estn conectados entre s medianteunaespeciede"muelles"(loscualesrepresentaranlaenerga potencialquelos une),la energainterna delslidosecompone deenerga potencial elstica y energa cintica de sus tomos. La presin es una medida delgradodecompresindesustomosylatemperaturaunamedidadela energacinticainternadelconjuntodelosmismos.Estonospermite 7 determinar que de acuerdo con las caractersticas externas del medio en que se encuentre, permitirn al elemento en cuestin poder adoptar un estado u otro e incluso formar o no una estructura cristalina. Sin embargo la formacin de una estructura cristalina no es un proceso fijo en un mismo elemento, ya que incluso tratndose as las condiciones de formacindelslidopodran determinardosestructuras cristalinasdiferentesparaun mismo elemento, la cul otorga las propiedadestantofsicasy elctricascomopticasalnuevo slidoformado.Porejemplo,el carbono puede cristalizar en grafito en determinadas condiciones y en otras cristaliza en el diamante, sin duda las caractersticas de uno frente a otro difieren bastante para tratarse en ambos casos de carbono cristalizado. Este proceso no slo es dependiente de la presin y la temperatura en s mismos, sino tambin del tiempo aplicado en cada uno de dichos factores. De esta forma se sabe que la formacin de cristales requiere un calentamiento del material a alta temperatura, aproximadamente 200 C, lo que se conoce comotemperaturadecristalizacin,apartirdelacualelelementosefunde para posteriormente, despus de un tiempo lo suficientemente largo, cristalice. Alaadirtemperaturaalmaterial,realmenteleestamosdamosenerga, permitiendo que las partculas que lo componen oscilen a mayor velocidad con una mayor energa trmica, logrando que se funda (cambie al estado lquido). Luego mediante un enfriamiento lento conseguimos dar tiempo a las partculas que, de forma natural, tienden a retomar una forma geomtrica y ordenada en la red interna consiguiendo as que se forme un cristal. 8 Deigualforma,sirepetimoselprocesoperoaplicandountiempode enfriamientodemasiadocortoimpedimosquelaspartculaspueda"re-colocarse" en una red cristalina homognea haciendo as que la solidificacin de lugar a un amorfo. El policristal es el caso ms tpico de los que puedan encontrarse en la naturaleza, ya que un monocristal es un caso que rara vez se da. Un cristal poseediferenteszonasquenopuedenhomogeneizarseentresi,perose puede hacer que sean como monocristales individuales en cada una de sus regiones. Estasredessonorganizacionesgeomtricastridimensionalesenel espacio caractersticas de las partculas del slido. As pueden estudiarse las distribuciones en la red de los elementos. Segncadaunadeestasdistribuciones,cadaunadelaspartculas situadas en los nodos de la estructura, contribuye en una parte a la formacin delnmerodetomoscontenidoensuinterior.Setratadelnmerode partculas por celdilla elemental que puede obtenerse como: Siendo "nv" el nmero de partculas en los vrtices, "ni" en el interior y "nf" en las caras del tetraedro. Debidoaquemuchosdeloscompuestoselementalespresentan simetraesfricapodemosvisualizarlasconsiderandostascomo empaquetamientosespacialesdeesferasrgidas.Partiendodeestaidea, pod