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Informe de Quimica general I sobre la tabla periodica de los elementos quimicos...

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“Año del Diálogo y la Reconciliación Nacional".

Universidad Nacional del Callao Escuela Profesional de Ingeniería Química

Informe de Laboratorio N°05 Estudio de las propiedades de los elementos de acuerdo a la clasificación de la tabla periódica  Asignatura: Laboratorio de Química General I  Ciclo: I -01Q  Docente: Ing. María L. Gabriel Gaspar 

Integrantes :  Fonseca Tello , Amner Rudhy  Fretel Arteaga, Josef Eduard  Gamboa Ventura , Leydi Benifer  Huamán Vásquez , Kelly Tatiana

Callao, Mayo del 2018

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1. Introducción: A medida que los científicos han ido conociendo más y más elementos, surgió la necesidad de ordenar y agrupar los elementos que se iban descubriendo. Se hicieron muchos intentos de agrupamiento, según se iban repitiendo periódicamente ciertas propiedades y magnitudes físicas, hasta por fin llegar a la tabla periódica actual. La tabla periódica se ha vuelto tan familiar que forma parte del material didáctico para cualquier estudiante, más aún para estudiantes de química, medicina e ingeniería. De la tabla periódica se obtiene información necesaria del elemento químico, en cuanto se refiere a su estructura interna y propiedades, ya sean físicas o químicas. La actual tabla periódica moderna explica en forma detallada y actualizada las propiedades de los elementos químicos, tomando como base a su estructura atómica. Según sus propiedades químicas, los elementos se clasifican en metales y no metales. Hay más elementos metálicos que no metálicos. Los mismos elementos que hay en la tierra existen en otros planetas del espacio sideral. El estudiante debe conocer ambas clases, sus propiedades físicas y químicas importantes; no memorizar, sino familiarizarse, así por ejemplo familiarizarse con la valencia de los principales elementos metálicos y no metálicos, no en forma individual o aislada, sino por grupos o familias (I, II, III, etc) y de ese modo aprender de manera fácil y ágil fórmulas y nombres de los compuestos químicos, que es parte vital del lenguaje químico. Es por ello que invitamos a usted a dar una lectura al presente trabajo, con el motivo que se entere de los diferentes comportamientos que tienen los elementos y compuestos químicos en procesos de laboratorio, e incluso, que suceden en la vida real. Deseamos que este reporte refleje claramente lo aprendido en la práctica de laboratorio y que se logre comprender con claridad y facilidad cada uno de los conceptos y procesos expuestos.

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2. Objetivos: 2.1. Objetivo General : 

Estudiar y correlacionar las propiedades de elementos conocidos y vistos como un grupo o familia.

2.2.

Objetivos Espec íficos:

 Estudiar las propiedades periódicas de los elementos

químicos de los grupos IA, IIA y VIIA.  Observar en forma cualitativa las propiedades físicas de algunos elementos.  Ensayar y observar las reacciones y cambios químicos de los elementos de los grupos IA, IIA y VIIA

3. Fundamento Teórico: La tabla periódica de los elementos químicos También denominado Sistema Periódico, es un esquema de todos los elementos químicos dispuestos por orden de número atómico creciente y en una forma que refleja la estructura de los elementos. Los elementos están ordenados en 7 hileras horizontales, llamadas períodos, y en 18 columnas verticales, llamadas grupos. Los grupos o columnas verticales de la tabla periódica fueron clasificados tradicionalmente de izquierda a derecha utilizando números romanos seguidos de las letras “A” o “B”, en donde la “B” se refiere a los elementos de transición. En la actualidad ha ganado popularidad otro sistema de clasificación, que ha sido adoptado por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, siglas en inglés). Este nuevo sistema enumera los grupos consecutivamente del 1 al 18 a través de la tabla periódica. LEY PERIÓDICA Esta ley es la base de la tabla periódica y establece que las propiedades físicas y químicas de los elementos tienden a repetirse de forma sistemática conforme aumenta el número atómico. Todos los elementos de un grupo presentan una gran semejanza y, por lo general, difieren de los elementos de los demás grupos.

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Clasificación Periódica El procedimiento para clasificar los elementos colocándolos por orden de su número atómico y el comportamiento químico de los elementos llevó a dividirla en:  7 renglones horizontales llamados “períodos”, que corresponden a cada una de las 7 capas o niveles de energía: K, L, M, N, O, P, Q.  El número de columnas verticales se denomina “grupos”: I, II, III, IV, IV, VI, VII y VIII, y para que los elementos de propiedades semejantes se encuentren unos debajo de otros, cada uno de las grupos ha sido dividido en 2 subgrupos, a los que se les designa con la letra A y B. Por último está el “grupo O” o gases nobles, que tienen como común denominador, la última capa orbital llena. La importancia de la tabla periódica radica en determinar:      

Número atómico Masa atómica Símbolo Actividad Química Características del elemento por su grupo y período Tipo o forma del elemento (gas, líquido, sólido, metal o no metal)

Períodos: o 1er período: se capa característica es la K y tiene únicamente 2 elementos (H y He). o 2do período: comprende en la estructura de sus átomos hasta la capa L, se le llama período corto por tener únicamente 8 elementos. o 3er período: su última capa es la M; también es un período corto de 8 elementos. o 4to período: su capa característica es la N, y contiene 18 elementos. o 5to período: su capa característica es la O, contiene 18 elementos. o 6to período: su capa característica es la P, contiene 32 elementos. o 7mo período: su capa característica es la Q, contiene 19 elementos. Es la última capa orbital posible de un elemento. Grupos o familias: o Grupo IA: son los metales alcalinos: litio, sodio, potasio, rubidio y cesio. Su número de valencia es +1. o Grupo IIA: son los metales alcalinos-térreos: berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio. Su número de valencia es +2. o Grupo IIIA: son los metales térreos : boro y aluminio. Su número de valencia es +3. o Grupo IVA: familia del carbono; los primeros son dos no metales (carbono y silicio), y los tres últimos son metales (germanio, estaño, y plomo). Sus valencias más comunes son +2 y +4.

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o o o

o

o

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Grupo VA: familia del nitrógeno: nitrógeno y fósforo (no metales), arsénico, antimonio y bismuto (metales). Su número de valencia más común es +1,+3,+5,-1 y -3. Grupo VIA: familia del oxígeno: oxígeno, azufre, selenio y teluro (no metales). Valencias -2, +2, +4 y +6. Grupo VIIA: familia de los halógenos: flúor, cloro, bromo y yodo. Son no metales. Valencias -1, +1, +3, +5 y +7. Grupo IB al VIIB: son los elementos de transición: todos ellos metales, entre los que destacan están: níquel, cobre, zinc, oro, plata, platino y mercurio. Su número de valencia varía según el elemento. Grupo VIII: en cada período abarca 3 elementos: fierro, cobalto y níquel; rutenio, rodio y paladio; osmio, iridio y platino. Sus números de valencia varían según el elemento. Grupo VIIIA u O: son los gases nobles: helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón. Su número de valencia es 0.

METALES: De los 118 elementos son 94 metales, se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos, el oro, la plata, el cobre y platino se encuentran libres en la naturaleza. Son elementos metálicos.      

GRUPO IA: excepto el hidrógeno. GRUPO IIA: todos. GRUPO IIIA: excepto el boro. GRUPO IVA: excepto el carbono y el silicio. GRUPO VA: Sólo el antimonio y bismuto. GRUPO VIA: Sólo el polonio.

A todos los elementos de los grupos B, se les conoce también como metales de transición. Algunas de las propiedades físicas de estos elementos son:      

Son sólidos, menos el mercurio. Estructura cristalina. Brillo metálico y reflejan la luz. Dúctiles y maleables. Conductibilidad (calor y electricidad). Punto de fusión y ebullición alto.

Entre sus propiedades químicas se encuentran:   

Sus átomos tienen 1,2 o 3 electrones en su última capa electrónica. Sus átomos generalmente siempre pierden dichos electrones formando iones positivos. Sus moléculas son monoatómicas.

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Se combinan con los no metales formando sales. Se combinan con el oxígeno formando óxidos, los cuales, al reaccionar con el agua, forman hidróxidos. Se combinan con otros metales formando “aleaciones”.

NO METALES: Sólo 22 elementos dentro del sistema periódico son no metales. A saber:  GRUPO IA: Hidrógeno.  GRUPO IIA: ninguno.  GRUPO IIIA: Boro.  GRUPO IVA: El carbono y el silicio.  GRUPO VA: Nitrógeno, fósforo y arsénico.  GRUPO VIA: Todos, excepto el polonio.  GRUPO VIIA: Todos.  GRUPO VIIIA: Todos. Entre sus propiedades físicas podemos encontrar:  Son sólidos y gaseosos a temperatura ambiente, excepto el bromo que es líquido.  No tienen brillo y no reflejan la luz.  Son malos conductores de calor y electricidad.  Son sólidos quebradizos, por lo que no son dúctiles no maleables. Y entre sus propiedades químicas tenemos que se dividen en 2 grupos: los gases nobles y los no metales. GASES NOBLES:     

      

Sumamente estables. Difícilmente forman compuestos con otros elementos. Son malos conductores de calor y electricidad. Son moléculas monoatómicas. Su última capa de electrones está completa. NO METALES: Sus átomos tienen en la última capa 4, 5, 6 o 7 electrones. Aceptan electrones en su última capa, formando iones negativos. Son moléculas diatómicas. Forman sales en combinación con los metales. Forman en combinación con el oxígeno, los anhídridos y el hidrógeno los hidruros. Los anhídridos al reaccionar con el agua forman ácidos. Algunos elementos presentan el fenómeno de alotropía.

con

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Propiedades Periódicas 

Radio atómico: es la distancia que hay desde el centro del núcleo hasta el electrón más externo del mismo. El aumento del radio atómico está relacionado con el aumento de protones y los niveles de energía. Al estudiar la tabla periódica se observa que el radio atómico de los elementos aumenta conforme va de arriba hacia abajo con respecto al grupo que pertenece, mientras que disminuye conforme avanza de izquierda a derecha del mismo modo. .



Energía de ionización: se denomina a la cantidad de energía necesaria para desprender un electrón a un átomo gaseoso en su estado basal. Lo anterior tiene una relación intrínseca, puesto que dentro de cada período, la primera energía de ionización de los elementos aumenta con el número atómico, mientras que dentro de un grupo disminuye conforme el núcleo atómico aumenta. Dicho de otra forma, la energía de ionización disminuye dentro de una familia o grupo conforme el tamaño atómico aumenta.

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Afinidad electrónica: es la energía desprendida por dicho átomo cuando éste capta un electrón. Con relación a la tabla periódica tenemos que: aumenta en los grupos de abajo hacia arriba y de izquierda a derecha. Electronegatividad: medida relativa del poder de atraer electrones que tiene un átomo cuando forma parte de un enlace químico. La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba. La afinidad electrónica y la electronegatividad no son iguales, ya que el primero es la atracción de un átomo sobre un electrón aislado, mientras que el segundo es la medida de la atracción que ejerce ese átomo sobre uno de los electrones que forman parte de un enlace y que comparte con otro átomo.

Tabla periódica moderna, con 18 columnas. [Nota: Incluye los símbolos de los últimos cuatro nuevos elementos aprobados por la IUPAC: Nh, Mc, Ts y Og (28 de noviembre de 2016)].

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4. Detalles Experimentales:  Metodología: Por la naturaleza de la práctica, tendrá dos partes: una teórica y otra experimental. La parte teórica estará constituida por el repaso de los conceptos teóricos. La parte experimental se refiere a la parte operativa que se realizara en el laboratorio de química.

 Materiales:  4 tubos de ensayo  Gradilla  Vaso de precipitado 250 ml  Reactivos:       

Solución de NaF, KCI, KBr, Kl Solución de AgNO3 Solución de AgCI, AgBr, Agl Solución de NH4OH Soluciones de MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2 Ácido sulfúrico 2M Agua destilada

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Experimento 1

Solubilidad de agua de haluros de plata En esta parte experimental aremos reaccionar NaF, KCI, KBr, KI CON AgNO3 y veremos que hace un doble desplazamiento producto a eso podremos distinguir cual es acuoso o precipitado.

REACCION DE DOBLE DESPLAZAMIENTO reactantes

productos precipitado

color acuoso

precipitado

acuoso

NaF + AgNO3

AgF

+

NaNO3 marrón claro

incoloro

KCI + AgNO3

AgCI

+

KNO3

purpura claro

incoloro

KBr + AgNO3

AgBr

+

KNO3

plomo claro

incoloro

KI

AgI

+

KNO3

amarillo claro

amarillo claro

+ AgNO3

Experimento 2: Reactividad de los Haluros de Plata con el Hidróxido de Amonio NH4OH (ac) Procedimiento: En esta parte experimental de Laboratorio se trabajó con los compuestos:  AgCl  AgBr  AgI Los cuales fueron los precipitados de la reacción anterior, estos se mezclaron con el hidróxido de Amonio (NH4OH) obteniéndose como producto los siguientes compuestos:

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Reacción de doble desplazamiento

Reactantes

Productos

Color

Precipitado AgCl(s)+2NH4OH(ac)

Ag(NH3)2Cl(s) + 2H2O

Purpura claro Incoloro

AgBr(s) + 2NH4OH(ac)

Ag(NH3)2Br(s) + 2H2O

Hueso

AgI(s) + 2NH4OH(ac)

Ag(NH3)2I(s) + 2H2O

Acuoso

Incoloro

Amarillo claro Incoloro

Cantidades utilizadas: 

AgCl(s) , AgBr(s) , AgI(s) =0.5 mL

 NH4OH(ac)=0.5 mL  Pudiéndose apreciar

que estas fueron reacciones de doble desplazamiento ya que se formó un precipitado en la parte inferior y una solución acuosa en la parte superior.

 El precipitado formado vario de color en cada prueba realizada

EXPERIMENTO N°3: B. SOLUBILIDAD EN AGUA DE LOS SULFATOS DE METALES ALCALINO TÉRREOS: En cuatro tubos de ensayo colocamos 0.5ml de las soluciones 0.1M de MgCl2, CaCl2, SrCl2 y BaCl2. Y agregamos a cada tubo una cantidad de 0.5ml del ácido sulfúrico de H2SO4 2M.con el objetivo de encontrar los colores de las soluciones acuosas y de los precipitados, tratando de compararlas con el resto.

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REACCIONES DE DOBLE DESPLAZAMIENTO REACTANTES

.

PRODUCTOS

COLOR

Precipitados y soluciones

Precip. Y soluc.

𝐶𝑎𝐶𝑙2(𝑎𝑐) + 𝐻2 𝑆𝑂4(𝑎𝑐)

𝐶𝑎𝑆𝑂4(𝑎𝑐) + 2𝐻𝐶𝑙𝑎𝑐

Incoloro

𝑆𝑟𝐶𝑙2(𝑎𝑐) + 𝐻2 𝑆𝑂4(𝑎𝑐)

𝑆𝑟𝑆𝑂4(𝑠) + 2𝐻𝐶𝑙𝑎𝑐

𝐵𝑎𝐶𝑙2(𝑎𝑐) + 𝐻2 𝑆𝑂4(𝑎𝑐)

𝐵𝑎𝑆𝑂4(𝑠) + 2𝐻𝐶𝑙𝑎𝑐

S. acuosa: incoloro. Precipitado: plomo. S. acuosa: incoloro. Precipitado: blanco.

𝑀𝑔𝐶𝑙2(𝑎𝑐) + 𝐻2 𝑆𝑂4(𝑎𝑐)

𝑀𝑔𝑆𝑂4(𝑎𝑐) + 2𝐻𝐶𝑙𝑎𝑐

Incoloro

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5. Resultados: Cuestionario 1. ¿Cuál es la diferencia entre los metales alcalinos y alcalino-térreos en términos de sus propiedades físicas y químicas?

 Los alcalinos reaccionan violentamente con el agua, los alcalinotérreos de forma lenta.  Los alcalinotérreos son menos reactivos que los alcalinos.  Los alcalinotérreos trabajan todos con el estado de oxidación +2, los alcalinos con +1 A  Los alcalinos les sobra un electrón en su último orbital para completar el octeto, a los alcalinotérreos 2.

2. Proponga 5 solventes para los halógenos libres. Los halógenos libres I2, Br2, Cl2 son apolares y serán solubles en cualquier solvente apolar.

    

Tetracloruro de carbono (CCl4). Hexano (CH3CH2CH2CH2CH2CH3) Benceno (C6H6) Éter de petróleo o pentano (CH3CH2CH2CH2CH3) Cloroformo (CHCl3)

3. Ordene en forma descendente la reactividad de los metales alcalinos.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Li Na K Rb Cs Fr

-

+

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4. ¿Cómo se reconocen cualitativamente los metales alcalinos? Debido a sus características:           

Son metales blandos. De color gris plateado. Presentan densidades muy bajas. Son buenos conductores de calor y electricidad. Reaccionan de inmediato con el agua, oxígeno y otras sustancias químicas. Nunca se les encuentra como elementos libres en la naturaleza. Por lo general, son solubles en agua. Los más comunes son el Na y el K. Son isomorfos. Monovalentes. Son los más reactivos de todos los elementos metálicos.

5. ¿Para qué se usa la fenolftaleína? Se utiliza frecuentemente como indicador de pH no extremos, ya que en disoluciones ácidas (no extremadamente muy ácidas) permanece incoloro, pero en presencia de disoluciones básicas (no extremadamente muy básicas) se torna color rosa. En química se utiliza en análisis de laboratorio, investigación y química fina. En análisis químico se usa como indicador de valoraciones ácido-base, siendo su punto de viraje alrededor del valor de pH 9, realizando la transición cromática de incoloro a rosado. El reactivo se prepara al 1 % p/v en alcohol de 90° y tiene duración indefinida. 6. ¿Qué función cumple el alcohol en el experimento de los metales alcalinotérreos? Estos experimentos tienen la finalidad de demostrar el carácter ácido de los alcoholes, los metales alcalinos térreos al ser muy básicos pueden hacer reaccionar a los alcoholes como ácidos.

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7. ¿Qué relación existe entre la solubilidad de haluros de plata en agua y en amoniaco y el tamaño de los iones de haluro? Las sales de los cationes son generalmente más solubles en amoniaco que en agua, debido a la mayor polarizabilidad (distribución de cargas) y basicidad del amoniaco, que da complejos estables. Las solubilidades del amoniaco líquido aumentan con el tamaño del ion como también su polarizabilidad mientras que en el agua se da lo contrario. 8. Escriba las ecuaciones de las reacciones que tendrían lugar entre Ca, Sr y Ba con agua. 

Reacción de Ca con H2O

Ca + 2 H2O → Ca(OH)2 + H2 

Reacción de Sr con H2O

Sr + 2 H2O → Sr(OH)2 + H2 

Reacción de Ba con H2O

Ba + 2 H2O → Ba(OH)2 + H2

9. Represente las configuraciones electrónicas de los elementos con Z: 9, 14, 23, 41    

Z=9 Z=14 Z=23 Z=41

F : [He] 2𝑠 2 2𝑝5 Si : [Ne] 3𝑠 2 3𝑝2 V : [Ar] 4𝑠 2 3𝑑 3 Nb: [Kr] 5𝑠 2 4𝑑 3

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6. Conclusiones: Como resultado del estudio de las propiedades periódicas de los elementos reaccionados en el laboratorio, al trabajo grupal de los compañeros y de una observación a las propiedades físicas de los e...