4. Clasificación DE LOS SÓLIDOS PDF

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Clasificación de sólidos a partir de la formación de cristales. ...

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CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS.

LUIS ALEJANDRO PULIDO MORENO (201820158) CAROLINA (201814178) ADRIANA DEL PILAR CASTAÑEDA ROJAS (201824443)

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA (UPTC) FACULTAD DE CIENCIAS – QUÍMICA BOYACÁ – TUNJA 29/ 05/ 2019 1

CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS.

LUIS ALEJANDRO PULIDO MORENO (201820158) CAROLINA (201814178) ADRIANA DEL PILAR CASTAÑEDA ROJAS (201824443)

PRESENTADO A: TEOBALDO PAEZ RAMIREZ MAESTRIA EN DOCENCIA DE LA QUÍMICA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA (UPTC) FACULTAD DE CIENCIAS – QUÍMICA BOYACÁ – TUNJA 29/ 05/ 2019 2

Contenido INTRODUCCIÓN......................................................................................................5 OBJETIVOS..............................................................................................................6 OBJETIVO GENERAL..........................................................................................6 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..................................................................................6 MARCO TEÓRICO...................................................................................................7 1)

¿Qué características diferencian a los sólidos cristalinos de los amorfos?.......7

2)

Describa las siguientes técnicas de análisis.....................................................8 a)

Difracción de Rayos X..................................................................................................8

b)

Microscopia electrónica de barrido y de transmisión..................................................8

c)

Microscopia electrónica de transmisión.......................................................................8

d)

Espectroscopia Mössbauer...........................................................................................8

3)

Consulte los solventes adecuados para los siguientes grupos de sustancias.....9 a)

Electrolitos....................................................................................................................9

b)

Compuestos orgánicos apolares....................................................................................9

c)

Compuestos orgánicos polares......................................................................................9

4)

Realice la misma consulta para los reactivos sugeridos en la práctica............9

5) Describa lo que sucede durante el proceso de recristalización de una sustancia...............................................................................................................10 MATERIALES Y MÉTODO.....................................................................................11 MATERIALES......................................................................................................11 PROCEDIMIENTO..............................................................................................11 1)

Construcción de curvas de enfriamiento y calentamiento..........................................11

Diagrama 1............................................................................................................11 Diagrama 2...........................................................................................................12 2)

Observación microscópica..........................................................................................12

3)

Incubación de cristales................................................................................................13

RESULTADOS.........................................................................................................14 1.

Curva de calentamiento del hielo....................................................................14

Tabla 2..................................................................................................................14 Gráfica 1...............................................................................................................14 2.

Curva de enfriamiento de la parafina.............................................................15

Tabla 3..................................................................................................................15 3.

Recristalización de disoluciones......................................................................16 3

Tabla 4..................................................................................................................16 Tabla 5..................................................................................................................16 ANÁLISIS DE RESULTADOS.................................................................................17 CUESTIONARIO.....................................................................................................18 CONCLUSIONES....................................................................................................21 BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................22

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INTRODUCCIÓN El estado de la materia sólido se caracteriza por tener una fuerza de cohesión alta que tiene forma, volúmenes definidos, fuerzas moleculares intensas y no presentan colisiones entre sus partículas. Debido a la ausencia de los movimientos de traslación, los sólidos tienen una forma más o menos rígida y ocupan un determinado volumen en el espacio; no son muy comprensibles. Los sólidos se clasifican en amorfos y cristalinos. Los sólidos cristalinos son sólidos verdaderos, las partículas existen en un patrón regular, tridimensional, denominado red cristalina; los sólidos amorfos no poseen estructura ordenada ni definid y la distribución interna de sus partículas es irregular y sus fuerzas de atracción internas son variables, debido a esto no tiene punto de fusión definido como los cristales. La mayoría de los líquidos se solidifican al disminuir la temperatura, en ocasiones es necesario comprimirlos para lograr un cambio de fase. A una determinada presión exterior, existe una temperatura que corresponde al punto de fusión, por debajo de la cual un líquido se transforma en un sólido.

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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Clasificar e identificar los tipos de sólidos presentes en sales, minerales, no metales, azúcares e hidrocarburos alcanos y construir las curvas de enfriamiento y calentamiento en ciertas sustancias. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Identificar solidos cristalinos y amorfos.  Observar curva de enfriamiento de la parafina  Detallar la curva de calentamiento del hielo.  Realizar la incubación de cristales.  Observar proceso de recristalización por disolución a través del microscopio de los sólidos obtenidos.

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MARCO TEÓRICO Las propiedades macroscópicas de un sólido están determinadas por su estructura a nivel molecular. Un sólido cristalino es un sólido en el cuál los átomos, iones o moléculas se acomodan de una manera ordenada. Un sólido cristalino tiene un orden de largo alcance. Un sólido amorfo es aquel en el cual los átomos, iones o moléculas están desordenados y al azar, como en la manteca, la goma y el vidrio. Un sólido amorfo tiene una estructura que es como la de un momento congelado en la vida de un líquido, solamente con un orden de corto alcance. Los sólidos cristalinos típicamente tienen superficies planas chatas, bien definidas, definidas caras cristalinas, que se ubican formando ángulos definidos unas con respecto a otras. Estas caras están formadas por capas ordenadas de átomos. Los sólidos amorfos no tienen caras bien definidas a menos que hayan sido moldeados o cortados. El arreglo de átomos, iones y moléculas en un cristal se determina mediante la difracción de rayos X, una de las técnicas más útiles para determinar las estructuras de los sólidos. Clasificamos a los sólidos cristalinos de acuerdo con los enlaces que mantiene a los átomos, iones o moléculas en su lugar: Sólidos metálicos, también llamados simplemente metales, consisten en cationes que se mantienen unidos por una par de electrones. Sólidos iónicos son los formados por la atracción mutua entre cationes y aniones. Sólidos moleculares son arreglos de moléculas discretas que se mantienen en su lugar por fuerzas intermoleculares. Sólidos en red consisten en átomos unidos covalentemente con sus vecinos a través de todo el sólido. 1) ¿Qué características diferencian a los sólidos cristalinos de los amorfos? El estado químico “sólido amorfo” es un estado sólida de la materia, en el que las partículas que conforman el sólido no poseen una estructura ordenada, es decir no tienen formas definidas ni pre diseñadas, como por ejemplo el vidrio y algunas moléculas de sílice (SiO2). El “sólido cristalino” tiene como principal característica una estructura periódica y ordenada, lo cual hace que tenga un diseño o particularmente no sea amorfo, como por ejemplo el cuarzo, los diamantes y el rulito.

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2) Describa las siguientes técnicas de análisis: a) Difracción de Rayos X La cristalografía de rayos X es una técnica experimental para el estudio y análisis de materiales, basada en el fenómeno de difracción de los rayos X por sólidos en estado cristalino. Los rayos X son difractados por los electrones que rodean los átomos por ser su longitud de onda del mismo orden de magnitud que el radio atómico. El haz de rayos X emergente sobre la posición y tipo de átomos encontrados en su camino. Los cristales, gracias a su estructura periódica, dispersan elásticamente los haces de rayos X en ciertas direcciones y los amplifican por interferencia constructiva, originando un patrón de difracción. b) Microscopia electrónica de barrido y de transmisión Consiste en la observación y caracterización superficial de materiales inorgánicos y orgánicos, entregando información morfológica del material analizado. A partir de él se producen distintos tipos de señal que generan desde la muestra y se utilizan para examinar muchas de sus características. Con esta técnica se pueden realizar estudios de los aspectos morfológicos de zonas microscópicas de los distintos materiales con los que trabajan los investigadores de la comunidad científica y las empresas privadas, además del procesamiento y análisis de las imágenes obtenidas en el microscopio. c) Microscopia electrónica de transmisión Es una técnica que aprovecha los fenómenos físico-atómicos que se producen cuando un haz de electrones suficientemente acelerado colisiona con una muestra delgada convenientemente preparada. Cuando los electrones colisionan con la muestra, en función de su grosos y del tipo de átomos que la forman, parte de ellos son dispersados selectivamente, es decir, hay una gradación entre los electrones que la atraviesan directamente y los que son totalmente desviados. Todos ellos son conducidos y modulados por unos lentes para formar una imagen final sobre una CCD que puede tener miles de aumentos con una definición inalcanzable para cualquier otro microscopio. La información que se obtiene es una imagen con distintas intensidades de gris que se corresponden al grado de dispersión de los electrones incidentes. d) Espectroscopia Mössbauer Es un método para determinar el grado de oxidación química y el entorno de los elementos químicos. La muestra se excita mediante una radiación gamma (fotones) que varía la energía de transición nuclear. Para eso, se dispone una fuente de radiación que emite continuamente, y se desplaza la fuente mediante oscilaciones, produciendo el efecto 8

Doppler-Fizeau el cambio de energía. Un detector se encuentra detrás de la muestra. Cuando la energía de radiación incidente se corresponde con la energía de transición electrónica, la radiación se absorbe, y por lo tanto la intensidad recogida baja. Así pues, esta es una espectrometría de absorción. 3) Consulte los solventes adecuados para los siguientes grupos de sustancias: a) Electrolitos Cuando se funden los compuestos iónicos, los iones tienen libertad de movimiento y son capaces de transportar a corriente eléctrica. Por ellos los compuestos iónicos son llamados electrolitos. Podemos decir que, en general, los ácidos, las bases y las sales son electrolitos, si bien esto no implica que sean necesariamente compuestos iónicos. Por ejemplo, el tricloruro de boro es covalente aun cuando sea llamado sal y electrolito; como posee un considerable carácter iónico reacciona fácilmente con el agua para formar iones que hacen que la disolución resultante sea un electrolito. b) Compuestos orgánicos apolares Las sustancias apolares se disuelven más fácilmente en disolventes polares, como el benceno. c) Compuestos orgánicos polares Las moléculas iónicas y polares se disuelven generalmente con facilidad en agua, que también es de naturaleza polar. El soluto y las moléculas del disolvente se encuentran rodeados por campo eléctricos que ejercen entre sí una mutua atracción. Una molécula polar, tal como la del Cl-Cl, tiene un campo muy débil alrededor de ella. Por tanto, será solo ligeramente soluble en un disolvente polar como el agua, ya que no presenta oportunidades para que aparezca una atracción mutua intensa. La mayor parte de los compuestos orgánicos son apolares o cuando más son ligeramente polares, por lo que se disuelven mejor en los líquidos apolares. “Lo semejante disuelve a lo semejante”. 4) Realice la misma consulta para los reactivos sugeridos en la práctica REACTIVOS SOLVENTES Parafina CS2 (Disulfuro de Carbono) NaCl (Cloruro de Sodio) Agua CuCl2 (Cloruro de cobre) Agua CuSO4 (Sulfato de cobre) Agua KMnO4 (Permanganato de Potasio) Agua MgSO4 (Sulfato de Magnesio) Agua S (Azufre) CS2 (Disulfuro de Carbono) KCl (Cloruro de Potasio) Agua C12H22O11 (Sacarosa) CS2 (Disulfuro de Carbono) 9

5) Describa lo que sucede durante el proceso de recristalización de una sustancia. La recristalización es una técnica instrumental muy utilizada en los laboratorios para llevar a cabo la purificación de sustancias sólidas que contienen pequeñas cantidades de impurezas. Esta técnica se basa en el hecho de que la mayoría de los compuestos incrementan su solubilidad con la temperatura, de modo que la muestra a recristalizar se disuelve en un disolvente o mezcla de disolventes a su temperatura de ebullición. La formación y crecimiento de cristales en una red ordenada de forma lenta favorece la incorporación de moléculas del compuesto excluyendo de esta red cristalina las moléculas de las impurezas, de modo que al final se obtiene un sólido enriquecido en el compuesto que queremos purificar.

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MATERIALES Y MÉTODO. MATERIALES Tabla 1. MATERIALES

REACTIVOS EQUIPOS Cloruro de sodio (NaCl). 1 Pipeta 5mL. Cloruro de cobre II (CuCl2). 2 Vasos de precipitado Sulfato de Cobre II (CuSO4). Balanza. 250mL. Sulfato de Magnesio (MgSO4). Cabina de extracción. 2 Tubos de ensayo. Azufre (S). Plancha de 1 Gradilla. Parafina (CnH2n+2). calentamiento. Termómetro. Sacarosa (C12H22O11). Microscopio. Algodón. Permanganato de Potasio Cubre objetos y porta (KMnO4). objetos. Cloruro de potasio (KCl) Fuente: Manual de laboratorio de materia y equilibro UPTC- Tunja. PROCEDIMIENTO 1) Construcción de curvas de enfriamiento y calentamiento.

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a) Curva de calentamiento del hielo. Diagrama 1. F

Prepare un baño frigorífico en un vaso de precipitado (Hielo + NaCl).

Coloque 2g de hielo en un tubo de ensayo e introduzca el tubo en el baño frigorífico.

Construya la curva de calentamiento con las variables temperatura vs. tiempo (°T vs t).

Determine la temperatura de fusión del sólido.

Registre la temperatura cada 30 segundos hasta que funda completamente el hielo en el tubo.

uente: Manual de laboratorio de materia y equilibro UPTC- Tunja. b) Curva de enfriamiento de la parafina. Diagrama 2.

Coloque 1g de parafina en tubo de ensayo y fúndala a baño maría.

Registre la temperatura de fusión de la parafina.

Registre la temperatura cada 30 segundos hasta que solidifique nuevamente.

Construya la curva de enfriemiento con las variables temperatura vs. tiempo (°T vs t).

Fuente: Manual de laboratorio de materia y equilibro UPTC- Tunja. 2) Observación microscópica. a) Recristalización por disolución.

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Diagrama 3. Disuelva utilizando el solvente apropiado (polar o apolar) 0.2g de NaCl, CuCl2 , CuSO 4, KMnO 4, MgSO4, KCl, C 12H 22 O11.

Coloque dos gotas de la solución en el porta objetos, deje evaporar el solvente y observe al microscopio.

Identifique el tipo de cristal formado en cada disolución.

Fuente: Manual de laboratorio de materia y equilibro UPTC- Tunja.

b) Sublimación, fusión y observación directa. Diagrama 4

Observe en el microscopio el papel, vidrio, carbón activdo y madera,

Fundir parafina y azufre y observarlas en el microscopio.

Fuente: Manual de laboratorio de materia y equilibro UPTC- Tunja.

3) Incubación de cristales. Diagrama 5

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Fuent

Preparar una solución sobresaturada de aluminio (30 g disueltos en 990 mL de agua) o de sulfato de cobre (80 g disueltos en 1000 mL de agua).

Coloque esta solución en un recipiente de vidrio, tapelo colocando una cuerda delgada cuyo extremo quede introducido en la solución sobresaturada.

Coloque el conjunto dentro de un vaso de icopor y conservelo en un lugar tranquilo hasta la formación de cristales.

Hágalos crecer por sobre saturación de la solución por 8 días de incubación. .

e: Manual de laboratorio de materia y equilibro UPTC- Tunja.

RESULTADOS 1. Curva de calentamiento del hielo. Tabla 2 TIEMPO (segundos) 180 190 600 720 900 1020 1200 1320 1560 1800 1860 1980 2100 2220

TEMPERATURA (centígrados) -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 14

2280

4

TIEMPO (segundos) 2340 2400 2520 2580 2640 2700 2760 2820 2880 2940 3000

TEMPERATURA (centígrados) 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

3120 3240 3360

3600

16 17 18

19

Fuente: Resultados obtenidos durante la ejecución del laboratorio UPTC-Tunja. Gráfica 1.

Calentamiento del hielo 20 Temperaura (°C)

15

f(x) = 0.01 x − 14.37 R² = 0.96

10 5 0 150 -5

650

1150

1650

2150

2650

-10 -15 Tiempo (s)

2. Curva de enfriamiento de la parafina. Tabla 3 TIEMPO TEMPERATURA (segundos) (centígrados) Fundición de la parafina 30 32 60 38 90 46 120 52 150 54 180 56 210 58 Enfriamiento de la parafina 58 46 126 42 130 40 134 38 138 36 213 32 400 30 15

3150

3650

420 28 431 24 Fuente: Resultados obtenidos durante la ejecución del laboratorio UPTC-Tunja. Grafica 2.

Temperatura °C

Enfriamiento de la Parafina 50 45 f(x) = − 2.6 x + 48.11 40 R² = 0.99 35 30 25 20 15 10 5 0 58 126 130

134

138

213

400

420

431

Tiempo (s)

3. Recristalización de disoluciones. Tabla 4 SOLVENTE Agua Agua Agua Agua Disulfuro de carbono Disulfuro de carbono Agua Agua

CLASIFICACIÓN DE SÓLIDOS Cristalino Amorfo

DISOLUCIÓN Cloruro de sodio (NaCl). Cloruro de cobre II (CuCl2). Sulfato de Cobre II (CuSO4). Sulfato de Magnesio (MgSO4). Azufre (S). Parafina (CnH2n+2). Sacarosa (C12H22O11). Permanganato de Potasio (KMnO4).

X

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X

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X

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X

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X

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