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TRANSICIÓN ELECTRÓNICAFACULTAD de : Ciencias de la SaludLABORATORIO DE QUÍMICACURSO: QUÍMICA GENERALPROFESOR: LUIS FERNANDO BLANCO AYALAINFORME DE PRÁCTICASPRÁCTICA N°: 3TÍTULO: TRANSICIONES ELECTRÓNICASINTEGRANTES: Julio-Estefano Caipo Bonneff Mia Carolina Liza Bambaren Sergio Alexander Molina Gavi...

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UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA FACULTAD de : Ciencias de la Salud

LABORATORIO DE QUÍMICA CURSO: QUÍMICA GENERAL

PROFESOR: LUIS FERNANDO BLANCO AYALA

INFORME DE PRÁCTICAS

PRÁCTICA N°: 3 TÍTULO: TRANSICIONES ELECTRÓNICAS INTEGRANTES: -

Julio-Estefano Caipo Bonneff

-

Mia Carolina Liza Bambaren

-

Sergio Alexander Molina Gavidia

-

Diana Alejandra Mucha Vila

HORARIO de PRÁCTICAS DÍA : MIÉRCOLES HORA : 1:10 pm - 3:00 pm

FECHA de REALIZACIÓN de la PRÁCTICA: 18/04/18 FECHA de ENTREGA del INFORME: 25/04/18

LIMA - PERÚ

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA INTRODUCCIÓN Las transiciones electrónicas se refieren a los “saltos” de los electrones entre niveles de energía de un átomo. Cuando un electrón “salta” de un nivel superior a un nivel inferior pierde energía, esta energía perdida se manifiesta como luz. Cabe recalcar que la energía de los electrones en cada nivel es diferente. Esto significa que cada color de la luz visible está asociado a una determinada energía.

OBJETIVOS 1. Observar la luz emitida por el salto de electrones en átomos excitados eléctricamente. 2. Observar la luz emitida por el salto de electrones en átomos excitados térmicamente. 3. Calcular la longitud de onda, frecuencia y energía asociada a cada una de las radiaciones observadas.

FUNDAMENTO TEÓRICO Los electrones de los átomos tienen dos estados de energía, estos son: -

Estado basal o fundamental.

-

Estado excitado, estos se excitan por las siguientes fuentes: a)

Calor de la llama de combustión o un plasma iónico.

b)

Arco eléctrico.

c)

Chispa eléctrica.

d)

Otra luz o radiación específica.

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Figura 1. Explicación de los efectos que tiene un átomo excitado

1. FUENTES EXTERNAS DE ENERGÍA PARA LA EXCITACIÓN DE LOS ELECTRONES Generalmente hay tres fuentes de energía para la excitación de los electrones en los átomos, moléculas o redes cristalinas, estas son: a) ENERGÍA ELÉCTRICA: Proveniente de cualquier fuerza electromotriz (FEM), por ejemplo la corriente eléctrica doméstica de 220 voltios, las baterías, las pilas secas, etc. b) ENERGÍA LUMÍNICA: Proveniente de la luz del sol. c) ENERGÍA TÉRMICA: Proveniente de la combustión de compuestos orgánicos como los hidrocarburos (gasolina, propano, acetileno, etc.) o por plasma eléctrico.

2. LA LUZ VISIBLE Y LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA La luz visible es una radiación electromagnética de longitud de onda ( ) comprendida

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA entre 380 y 780 nm, es tan sólo una pequeña parte del espectro electromagnético. Cuando la luz blanca de una bombilla incandescente se hace pasar a través de un prisma, se produce un espectro continuo, o arcoiris de colores. Los diferentes colores de la luz representan longitudes de onda distintas.

Figura 2. Efecto de la luz blanca sobre el prisma

CUADRO 1. Longitud de onda aproximada de los colores de la luz visible

COLOR CARACTERÍSTICO

LONGITUD DE ONDA ( ), nm

Violeta

380 - 455 nm

Azul

455 - 492 nm

Verde

492 - 577 nm

Amarillo

577 - 597 nm

Naranja

597 - 622 nm

Rojo

622 - 780 nm

La radiación electromagnética se desacelera al pasar por la materia. Algunos materiales

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA lo desaceleran más que otros; así como también, algunas longitudes de onda se desaceleran más que otras. El espacio vacío es el único medio totalmente “transparente”. Algunas soluciones acuosas parecen coloridas porque los solutos absorben algunas longitudes de onda luminosas y transmiten otras. El color que se ve es el de las longitudes de ondas transmitidas. Por ejemplo, en las hojas de las plantas verdes, estas obtienen energía para efectuar la fotosíntesis, absorbiendo la luz roja y anaranjada de la luz solar. También se absorbe luz violeta. Las luces verde, amarilla y azul se reflejan, y las hojas nos parecen verdes.

Gráfica 1. Puntos de mayor energía de la luz según su espectro.

3. PROPIEDADES DE LAS PARTÍCULAS La radiación electromagnética presenta propiedades ondulatorias, como la difracción y la interferencia. El fenómeno más sencillo y más conocido que requiere un modelo distinto para la luz, es el efecto fotoeléctrico. Cuando la luz visible llega a los metales activos del grupo IA (Li, Na, K, Rb y Cs), se emite electrones, llamados fotoelectrones. Los electrones no escapan en forma espontánea de los metales; se necesita energía térmica o luminosa para sacarlos. Cuanto más brillante sea la luz (esto es, cuando

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA mayor sea la intensidad luminosa), más electrones escapan de un metal. Sin embargo, la energía cinética (la velocidad) de los electrones depende del color (la frecuencia) de la luz, y no de la intensidad luminosa. La cantidad de electrones emitidos depende de la intensidad (brillantez, de la luz visible) de la radiación electromagnética. Los paquetes o partículas pequeñas de radiación electromagnética se llaman fotones; cada fotón porta una cantidad definida de energía. La energía de un fotón es proporcional a la frecuencia de la radiación electromagnética, e inversamente proporcional a la longitud de onda de esa radiación:

4.

CARÁCTER

ONDULATORIO

Y

CORPUSCULAR

DE

LA

RADIACIÓN

ELECTROMAGNÉTICA Algunas propiedades se explican mejor con un modelo ondulatorio, y otras con un modelo corpuscular. Las propiedades ondulatorias de los electrones se aplican en el microscopio electrónico. Este es un instrumento que emplea las características ondulatorias de los electrones para obtener fotografías de objetos diminutos, como las moléculas, los virus, etc. Por otro lado, los microscopios ópticos comunes no pueden emplearse para examinar objetos más pequeños que la longitud de onda de la luz visible (de 4 a 7 x 10-7 m). Los rayos X tienen longitudes de onda más cortas que las de la luz visible, pero es difícil enfocarlos. Como hemos visto, los electrones tienen más o menos la misma longitud de onda que los rayos X. Debido a su carga, se puede enfocar mediante campos eléctricos y magnéticos. Además, es posible variar las longitudes de onda de los electrones, cambiando el voltaje empleado para producirlos.

5. FUEGOS ARTIFICIALES Y PRUEBAS DE LA LLAMA Las pruebas a la llama se apoyan en los colores de las llamas para identificar varios elementos. Al igual que los de los fuegos artificiales, estos colores de llama son

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA consecuencia de las estructuras electrónicas de los átomos de ciertos elementos específicos. Los agentes productores del color se usan en forma de sales y raramente como metales en polvo. De las sales metálicas solamente el catión produce el color, mientras que los aniones no influyen directamente en el color, aunque sí lo hacen en la temperatura de la llama, que está relacionada con la excitación de las moléculas. En el siguiente cuadro se resumen los productos de partida más utilizados para conseguir los colores de los fuegos artificiales.

CUADRO 2. SUSTANCIAS QUÍMICAS DE PARTIDA UTILIZADAS PARA PRODUCIR LOS COLORES DE LOS FUEGOS ARTIFICIALES

Color

Sustancias Químicas

Rojo

Li2 , CO3 , Sr(NO3)2 , SrC2O4 , H2O , SrCO3

Naranja

CaCl2 , CaSO4 ,CaCO3

Dorado

Fe , C , Aleación , Ti - Fe

Amarillo

Na3AlF6 ,Na2C2O4 , NaHCO 3 , NaCl , NaNO 3

Verde

BaCO3, BaCl2 , Ba(ClO3)2 , Ba(NO 3)2

Azul

Acetoarsenito de Cu (verde París o verde esmeralda, 3CuO.As2O3 + Cu(CH3 – COO)2, CuCl (azul turquesa), CuSO4 . 5H2O, CuH.AsO3

Violeta Plata

Mezcla de compuestos de Sr(rojo) y Cu (azul)

Blanco

Al, Ti, Mg

“Eléctrico”

Al, Mg, BaO, sales de antimonio

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MATERIAL Y MÉTODOS

a) MATERIAL ● Mechero Bunsen ● Cápsulas de porcelana ● Asa de siembra ● Alambre de nicrom

b) REACTIVOS ● Cloruro de litio: LiCl ● Cloruro de sodio: NaCl ● Cloruro de potasio: KCl ● Cloruro de calcio: CaCl2 ● Cloruro de estroncio: SrCl2 ● Cloruro de bario: BaCl2 ● Cloruro de cobre: CuCl2 ● Magnesio metálico en cintas: Mg ● Tungsteno (bombilla eléctrica): W ● Mercurio (bombilla eléctrica): Hg ● Neón (tubo fluorescente): Ne ● Hierro (limaduras): Fe

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA ● Aluminio (limaduras): Al ● Ácido clorhídrico: HCl 10%

c) PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO 1. EMISIÓN por EXCITACIÓN TÉRMICA: a) EMISIÓN EN ÁTOMOS DE CARBONO -

Encender el mechero Bunsen como fuente de calor para la excitación de los electrones de los átomos de carbono que provienen de la combustión incompleta.

-

Verificar que se está produciendo átomos de carbono en la llama, por el hollín generado, sobre una cápsula o cualquier superficie metálica adecuada expuesto en la parte superior.

-

Observar el color predominante de la llama.

-

Anotar los datos en el Cuadro 3.

b) EMISIÓN EN ÁTOMOS CONTENIDOS EN SALES -

Generar una llama de combustión completa en el mechero de Bunsen, como fuente de calor para la excitación de los electrones de los átomos que serán expuestos a ella, seguir indicaciones del profesor.

-

Ordenar las muestras de las sales de los elementos a analizar con sus respectivos alambres de nicrom.

-

Limpiar el alambre de nicrom en una solución de HCl(ac) para eliminar la presencia de cualquier sal contaminante.

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA -

Exponer el alambre a la llama hasta que presente un color

permanente. -

Con el alambre de nicrom tomar una pizca de la sal de la muestra correspondiente y exponerla a la región de mayor temperatura de la llama. Observar el color predominante de la llama en el punto de la exposición.

-

Anotar el resultado en el Cuadro 3.

-

Proceder de la misma manera con todas las demás muestras de las sales entregadas por el profesor.

-

Anotar los resultados en el Cuadro 3.

c) EMISIÓN EN ÁTOMOS DE METALES Para el magnesio: -

Coger con una pinza una lámina de magnesio metálico.

-

Exponer la lámina a la llama del mechero de Bunsen.

-

Observar la luz emitida. No mirar en forma prolongada la luz desprendida.

-

Anotar sus observaciones en el Cuadro 3.

Para el hierro: -

Limpiar el alambre de nicrom en una solución de HCl para eliminar la presencia de cualquier sal contaminante.

-

Exponer el alambre a la llama hasta que presente un color permanente.

-

Con el alambre de nicrom tomar una pizca de las limaduras de hierro y exponerla a la región de mayor temperatura de la llama.

-

Observar el color predominante de la llama en el punto de exposición.

-

Anotar el resultado en el Cuadro 3.

Para el aluminio: -

Limpiar el alambre de nicrom en una solución de HCl para eliminar la presencia

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA de cualquier sal contaminante. -

Exponer el alambre a la llama hasta que presente un color permanente.

-

Con el alambre de nicrom tomar una pizca del aluminio en polvo y exponerla a la región de mayor temperatura de la llama.

-

Observar el color predominante de la llama en el punto de exposición.

-

Anotar el resultado en el Cuadro 3.

CUADRO DE DATOS Y RESULTADOS CUADRO 2. Emisión de Radiación por excitación térmica (Calor)

Elemento a excitar

Color predominante de la radiación emitida

Carbono

Rojo

Litio

Rojo intenso

Sodio

Amarillo anaranjado

Potasio

Morado medio lila

Calcio

Rojo anaranjado

Estaño

Rojo intenso

Bario

Amarillo

Cobre

Verde

Magnesio

Blanca brillante/ chispitas doradas

Hierro

Amarillo chispeado

Aluminio

Chispa blanca (media plateada) con rojo

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CUADRO 3. Cálculos de frecuencia y energía.

Elemento

CÁLCULOS Longitud Frecuencia, ( onda ( ), nm ), s-1

Carbono

599.5 nm

Energía, J/fotón

Energía, J/mol fotones

Energía, kJ/mol

3.31 x 10^-19

5496.51

5.49

5.00 x 10^14 Litio

417.5 nm

7.18 x 10^ 14 4.75 x 10^-19

11922.94

11.92

Sodio

599.5nm

5 x 10^ 14 3.31 x 10^-19

5496.51

5.49

Potasio

599.5nm

5 x 10^ 14 3.31 x 10^-19

5496.51

5.49

Calcio

599.5nm

5 x 10^ 14 3.31 x 10^-19

5496.51

5.49

Estaño

473.5 nm

3 x 10^ 14

1.9 x 10^-19

3155.09

3.15

Bario

584.5nm

5.13 x 10 ^14 3.39 x 10^-19

5629.35

5.62

Cobre

575.5nm

5.21 x 10 ^14 3.44 x 10^-19

5712.38

5.71

Magnesio

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA Hierro

Sin especificar

Aluminio

Sin especificar

Tungsteno

587 nm

5.11 x 10 ^ 14 3.38 x 10 ^-19

5612.75

5.61

Mercurio

701 nm

2.82 x 10^ -19

4682.82

4.68

7.18 x 10^ 14 4.75 x 10^-19

11922.94

11.92

4.27 x 10 ^ 14 Neón

633 nm

NOTA: La luz blanca es una mezcla de colores, por consiguiente no se puede asignar un valor específico.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En los resultados del experimento pudimos ver los diferentes colores producidos por la liberacion de energia de cada metal con el que realizamos el ensayo En contraste con resultados de otros ensayos llegamos a los mismos resultados aunque con algunas diferencias ocasionadas por la percepción de los colores, estos pueden variar por la cantidad de metal sometido al calor , por una mala práctica o factores externos , pero los resultados finales no suelen variar mucho. La mayoría de los metales con los que trabajamos en este ensayo suelen presentarse en forma de compuestos como los silicatos , fosfatos , cloruros , carbonatos , etc. Aquí podemos observar resultados de otro ensayo con metales no trabajados en el laboratorio

Compuesto

Fórmula

Color de la flama

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA Cloruro de níquel

NiCl2

Anaranjado - rojo

Cloruro de estroncio

SrCl2

Fucsia

Cloruro de cadmio

CdCl2

Rojo - amarillo

CONCLUSIONES

● Dos rayos de luz con la misma longitud de onda tienen la misma frecuencia y el mismo color. ● La energía de una transición atómica es inversamente proporcional a la longitud de onda de la luz emitida o absorbida y directamente proporcional a la frecuencia de radiación. ● Cuando la luz obtenida al momento de la excitación es de color blanco, no se puede determinar un valor específico a dicho elemento, debido a que la luz blanca es la mezcla de todos los colores. ● Conocer el color determinado de cada elemento al excitarse nos sirve para determinar los rangos entre lo que este se encuentra cada color y de este modo poder definir la longitud de onda, frecuencia y energía.

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RECOMENDACIONES

● Tener los implementos necesarios para realizar con cuidado y precisión la combustión de los metales, de esta manera evitamos accidentes e imprevistos no deseados.

● Después de la exposición del metal al fuego, limpiar bien la varilla donde se colocan los metales para su reutilización, en caso no se haga este paso los resultados del color de la flama pueden variar.

● Ser responsables y serios al realizar el experimento.

● Mirar con atención el primer color que la flama presente, ya que ese es el que se

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR TRANSICIÓN ELECTRÓNICA debe de apuntar y tomar en cuenta, por eso es importante que estemos atentos en todo momento a lo que estemos haciendo.

FUENTES DE INFORMACIÓN

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Fotosíntesis: conceptos previos. [Internet]. [Consultado el 22 de Abril del 2018]. Disponible en: http://www.biologia.edu.ar/plantas/fotosint1.htm

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¿POR QUÉ EMITE LUZ UN ÁTOMO EXCITADO? [Internet]. [Consultado el 24 de Abril del 2018]. Disponible en: https://rodas5.us.es/file/df05f59b-4f53-04ed-e32cdacccf2acbc4/3/5_estatica_wb_SCORM.zip/pagina_06.htm

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Franco, A. El espectro electromagnético [Internet]. [Consultado el 24 de Abril del 2018].

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http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/cuantica/experiencias/espectro/espectro.ht ml

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Juárez, V. [Internet].

[Consultado el 24 de Abril del 2018].

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Rayo Láser. [Internet]. [Consultado el 24 de Abril del 2018]. Disponible en: https://www.ecured.cu/Rayo_l%C3%A1ser

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QUÉ ES Y CÓMO FUNCIONA EL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO. [Internet].

[Consultado

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24

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Abril

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Nuclear spin. [Internet]. [Consultado el 24 de Abril del 2018]. Disponible en: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Nuclear/nspin.html

ANEXO CUESTIONARIO 1. Explicar el espín nuclear e imágenes por resonancia magnética nuclear (RMN). El espín nuclear es la representación del momento angular total de un núcleo, que adquiere el símbolo I. De particular interés para la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es el espín de los protones y neutrones del núcleo atómico. En el núcleo atómico, cada protón se puede aparear con otro protón con espín. Los neutrones también pueden hacerlo. Los pares de partículas que resultan de combinar un espín de sig...