Experiencia 1, USO DEL Mechero Y Manejo DE Vidrio PDF

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EXPERIENCIA N°1, USO DEL MECHERO Y TRABAJO EN VIDRIO Andrés Rodríguez, Haner Torres, Jassir Olivares, Jorge Montoya, Juan Macías Universidad del Atlántico [email protected] Mechero – Llama – Vidrio En esta primera experiencia de laboratorio nos adentraremos en el uso del instrumento fuente de energía calórica más utilizado en laboratorios , conoceremos sus componentes y como estos ayudan a la creación de una llama eficiente, en esta practica identificaremos la llama y su comportamiento con el oxígeno, y se adquirirán habilidades en el manejo de tubos de vidrio.

Introducción. Al producirse la combustión de una sustancia inflamable en combinación con el oxígeno, logramos obtener una gran liberación de calor y luz a lo cual denominamos llama; conocer sobre esta, nos permite la obtención de ella de manera eficiente y por lo tanto nos brinda las condiciones óptimas para el trabajo a realizar. En un gran número de prácticas de laboratorio, es muy común el uso de una fuente de calor de alta temperatura que permita el calentamiento de muestras y sustancias, la esterilización de instrumentos, evaporación de líquidos, etc. Para muchas de estas experiencias utilizamos un instrumento conocido como mechero el cual, a través de la quema de un combustible, (gas butano, propano, alcohol, etc.) proporciona una llama constante, de la que aprovecharemos la gran cantidad de energía térmica que propaga. La clase de mechero que más se utiliza en los laboratorios es el Mechero Bunsen, este un quemador de tipo premezcla, del cual sale una llama cónica, gracias a la combustión la mezcla de gas-aire. El vidrio es uno de los materiales más utilizados en la química, especialmente para laboratorios; este material da forma a varios elementos tales como recipientes, mezcladores, tubos, etc. A dichos elementos se les conoce como material de vidrio o vidriería de laboratorio. Los objetivos de esta primera experiencia son: • Conocer el mechero, sus partes y su correcto uso • Reconocer la llama y sus zonas de calentamiento. • Adquirir destrezas en corte y doblado de tubos de vidrio. . Metodología. Para esta experiencia en laboratorio, debe realizar el desarme de un mechero Bunsen, la identificación de sus partes y el ensamble de este, luego procederán a realizar la conexión del entre el suministro de gas y la entrada de combustible del mechero. Encenderemos el gas que sale

del mechero y se regulará la entrada de oxígeno, hasta logra una llama de color azul. En ésta reconoceremos la zona de reducción, la zona de oxidación, El punto y sus características. Se Introducirán láminas de cartulina en diferentes posiciones sobre y en el interior de la llama y se analizarán las placas fotográficas resultantes. analizaremos lo ocurrido cuando se sostiene un cerillo en la boca de salida del mechero, apagado, y el gas es encendido. Acercaremos el tubo de vidrio a varios puntos de la llama y se analizaran los fenómenos ocurridos. En la experiencia con manejo de vidrio, se debe realizar pequeñas incisiones en el tubo de vidrio y se cortará, dividiendo así el vidrio en partes de, aproximadamente, la misma longitud. Tres de estos trozos se calentarán, luego deben doblarse para formar un codo en ellos con un respectivo ángulo de inclinación; el cuarto trozo de del tubo de vidrio se utilizara para sellar uno de los extremos del tubo mediante calentamiento. Resultados y discusión. En el desarme del Mechero Bunsen, logramos identificar cuatro partes que lo componen (ver fig. 1) y las funciones que estos cumplen: 1. Entrada reguladora: esta permite la conexión de la manguera del suministro y regula el paso del combustible. 2. Cámara de mezclado: el gas entra y en ella se crea una premezcla de gas aire. 3. Anillo regulador: este permite aumentar o disminuir la cantidad de aire (oxigeno) necesarios para la combustión 4. Tubo o cuello: es una prolongación, separable, de la cámara de mezclado, mide alrededor de 10 o 12 cm y de este sale el gas que se quema para formar la llama.

1. Zona fría: (cono frio o zona interna) es el punto de menor temperatura que se produce en la llama se caracteriza porqué los gases aún no entran en combustión 2. Zona de reducción: (zona intermedia o cono de reducción) es región donde la mezcla empieza la combustión, pero se da de manera incompleta, y en esta se reducen los óxidos metálicos. 3. Zona de oxidación: (zona exterior o cono ce oxidación) es la capa externa de la llama, es la zona de mayor temperatura, debido a la gran abundancia de oxígeno la combustión en este punto es completa.

Fig. 1. Mechero Bunsen y sus partes (Fuente: Google) La llama es producida por la combustión de la mezcla de gas-aire que se da en el mechero, esta varia de color y temperatura según la cantidad de oxigeno con la que el combustible se mezcle. En el mechero Bunsen la apertura o cierre del anillo regulador nos brindara una serie de conos de llama que varían de color y de la que podemos destacar cuatro (ver fig. 2), una amarilla rojiza o llama segura que se da cuando la entrada de aire esta cerrada y la combustión se da con la mezcla gas-aire a la salida del mechero y se caracteriza por ser la de mas baja temperatura, una llama con dos tonalidades una interior de color azul claro y una exterior de color amarillo, esta se da cuando la entrada de aire esta abierta a la mitad, una llama con una zona interior de color azul claro y una zona exterior de color violeta, que se da cuando la mezcla de gas-aire esta aproximadamente en un 90%. Cuando la llama está bien regulada, se puede apreciar la zona de oxidación, que presenta un color violeta pálido y la zona de reducción de color azul pálido.

Fig. 2. La llama y su variación de colores. (fuente: Google) En el análisis la estructura de la llama se pudieron identificar tres zonas claramente definidas (ver fig. 3):

En una llama también se puede identificar una zona de fusión o punto caliente que el punto de mayor temperatura de una llama y alcanza un valor aproximado de hasta 1500°C.

Fig. 3 La llama y sus partes (fuente Google) Después de reconocer las partes de la llama se realizaron una serie de placas fotográficas introduciendo laminas de cartulina de aproximadamente 10cm x 8cm a la llama en un intervalo de 2 a 3 segundos. De este punto se obtuvieron los siguientes resultados:

Fig. 4. Horizontal, sobre la llama. • En la primera placa fotográfica, colocada de forma horizontal sobre la llama observamos que ésta dejo

una mancha circular negra debido a que empieza a carbonizar la cartulina (ver fig. 4). • En la segunda, colocada de forma vertical sobre la llama, notamos que comienza a quemar la cartulina de manera inmediata, dejando una delgada mancha de carbonización en el borde que se quemó (ver fig. 5). • Colocamos una tercera lamina de cartulina, de forma horizontal en el interior de la llama y se apreció que esta dejaba una mancha obscura en forma de aro, mostrando así que la zona exterior es la que quema la lámina (ver fig. 6). • Una cuarta lamina se introdujo en la llama, de forma vertical en el interior de la llama. En esta placa fotográfica podemos observar como llama en su zona exterior deja una mancha negra de forma casi cónica, y el área que cubra la zona fría quedó intacta (ver fig.7). En la practica con el cerillo y el encendido de la llama, observamos que el cerillo al estar dentro de la zona fría o interna de la llama, no hace combustión, esto debido a que la temperatura que alcanza esta zona no es suficiente para lograr encender el cerillo, a medida que fuimos subiendo el cerillo, con ayuda de la pinza y el alfiler, hacia la zona intermedia y exterior, el cerillo logra encenderse instantáneamente ya que pasa por las zonas mas calientes de la llama. Al introducir el tubo de vidrio en la llama, un gas de color blanco sale del otro extremo del tubo, acercamos un cerillo encendido a este y podemos apreciar que se enciende, mientras el tubo se encuentra dentro de la llama del mechero, la llama producida en el otro extremo del tubo se mantiene encendida y a medida que vamos levantando el tubo, esta segunda llama se apaga. El anillo regulador de oxigeno se cerró completamente, interrumpiendo la mezcla gas-aire dentro del mechero, esto causó que la llama se tornara de color amarillo rojizo y con una intensidad lumínica elevada, esto ocurre debido que el gas solo alcanza a mezclarse con el aire a la salida del mechero produciendo una combustión incompleta; paso seguido se colocó el tubo de vidrio sobre la llama en este punto logramos apreciar como el carbono que se desprende de la llama se adhiere al tubo y dentro de este se condensan moléculas de vapor de agua

Fig. 5. Vertical, sobre la llama.

Fig. 6. Horizontal, interior de la llama.

Fig. 7. Vertical, interior de la llama. Para el manejo del tubo de vidrio utilizamos una lima triangular con la que realizamos pequeñas incisiones alrededor del tubo y luego, haciendo presión moderada en estas, partimos el vidrio en trozos de aproximadamente 12cm de longitud, tres de estos trozos se llevaron a la llama, y se colocaron en la zona más caliente, tenemos que el vidrio tiene su punto de fusión cuando alcanza los 1500°C y al alcanzar un una temperatura entre los 250°C y los 400°C comienza a ser maleable, el calor proporcionado por el mechero ablandó el material y se llevó a cabo el doblado de cada uno de los tubos, de tal forma que tuvieran un codo con un ángulo de inclinación determinado: • 45° (ver fig. 8) • 90° (ver fig. 9) • 135° (ver fig. 10)

Fig. 8. Tubo doblado a 45°

fuentes de energía calórica de alta temperatura, es de fácil uso y se compone de 4 partes muy sencillas, pudimos notar que este mechero es capaz de brindar distintos tipos de llamas que varían en temperaturas y color dependiendo de la cantidad de oxigeno con la que se permite que el gas se pre-mezcle antes de ser quemado. Pudimos observar los efectos que tienen las distintas zonas de una llama a la hora de exponer cualquier objeto a estas como fue el caso de las placas fotográficas. Del manejo del tubo de vidrio podemos apreciar que este material expuesto a una alta temperatura, inferior a 500°C se comienza a ablandar y permite que lo podamos doblar. Bibliografía. https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorioquimico/materiales-e-instrumentos-de-un-laboratorioquimico/mechero-bunsen.html

Fig. 9. Tubo doblado a 90° (fuente Google)

https://es.wikipedia.org/wiki/Mechero_Bunsen https://es.wikipedia.org/wiki/Llama_(química) https://www.ecured.cu/Llama_(combustión) http://www.monografias.com/trabajos57/vidrio/vidrio.shtm l

Fig. 10. Tubo doblado a 135° Luego del doblado de los tubos, se tomo uno de ellos y se expuso nuevamente a la llama, esta vez colocando uno de los extremos del vidrio dentro de ésta para así lograr que ese extremo se cerrara, sellándolo (ver fig. 11).

https://triplenlace.com/2013/02/04/quimica-del-vidrio/ https://es.wikipedia.org/wiki/Vidrio#Propiedades_del_vidri o https://es.wikipedia.org/wiki/Material_refractario www.100ciaquimica.net/labor/material/mechero.htm http://www.dcgasextremadura.es/el-gas-natural/uso-delgas-natural-produccion-de-energia/

Fig. 11. Tubo sellado en la llama. Conclusiones.

De esta experiencia podemos concluir que los mecheros, en especial el Mechero Bunsen, en el laboratorio son una de las principales y más usadas

Anexos.

Temperaturas de la llama:

Respuesta de preguntas incluidas en la guía. 1. De los nombres de dos mecheros diferentes utilizados en el laboratorio he indique las diferencias. Dos mecheros diferentes al de bunsen son el mechero Meker-Fisher y el de alcohol. El mechero Meker se alimenta de combustible de la misma forma que un mechero Bunsen per se diferencian porque el Meker posee un tubo de salida de mayor diámetro esto permite una mejor combustión y por lo tanto temperaturas más elevadas, al tener un tubo de esta característica su llama es más amplia y uniforme. El mechero de alcohol es un instrumento más simple, consiste en un recipiente con una boca estrecha, este contiene el alcohol y se le introduce una mecha que gracias a su capilaridad permite que el alcohol suba y este es quemado a través de la mecha. Su llama es de baja intensidad y alcanza temperaturas menos elevadas que la de un mechero bunsen. 2. Dibuje el mechero utilizado y sus partes. Refiérase a la parte de Resultados y discusión del anterior informe. 3. ¿Cuál es la composición del gas natural usado? Escriba sus reacciones. El gas natural es un hidrocarburo formado principalmente por metano, aunque también suele contener una proporción variable de nitrógeno, etano, CO2, H2O, butano, propano, mercaptanos y trazas de hidrocarburos más pesados. El metano es un átomo de carbono unido a cuatro de hidrógeno (CH4) y puede constituir hasta el 97% del gas natural. La energía obtenida a partir del gas natural procede de la energía que contienen los enlaces químicos C-H existentes en los hidrocarburos que componen el combustible. Para obtener esta energía se debe producir el proceso de combustión. CH4 + O2 ----- CO2 + 2 H2O + CALOR 4. Dibuje la llama y sus partes, indique las temperaturas de las diferentes zonas de la llama, de acuerdo con el mechero. Para la llama y sus partes refiérase a la parte de Resultados y discusión del anterior informe

Fig. 12. Temperaturas de la llama en el mechero 5. ¿Cuál es la composición del vidrio? El vidrio está compuesto por una mezcla de sustancias inorgánicas, mayormente compuesto por dióxido de silicio (sílice (SiO2)) que se funde a partir de los 1500Cº, carbonato de calcio (CaCO3). El fundente más corriente es el sulfato de sodio (Na2SO4), el cual homogeniza la masa de vidrio fundido mediante la cesión de gases. 6. Doblar un tubo en ángulo de 90°, otro en Angulo de 45° y otro en ángulo de 135° Refiérase a la parte de Resultados y discusión del anterior informe. 7. Cerrar por un extremo uno de los tubos. Refiérase a la parte de Resultados y discusión del anterior informe. 8. ¿Qué se entiende por materiales de tipo refractario y no refractario? ¿Cuáles se pueden calentar directamente sobre la llama del mechero? El término refractario se refiere a la propiedad de ciertos materiales de resistir altas temperaturas sin descomponerse. Una de las características habituales que se pide a un material para considerarlo como tal, es que pueda soportar temperaturas de más de 1600 °C sin ablandarse....