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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y SISTEMAS FIIS PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 2 TABLA PERIODICA – PROPIEDADES PERIODICAS – ESTRUCTURA ATÓMICA CURSO: QUIMICA GENERAL (CB-201 W) INTEGRANTES: LOCK BRAÑEZ PETER PEÑA PONCE LUIS GUSTAVO PORTOCARRERO PORTOCARRERO ALFREDO V...

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PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 2 Johao Paredes Acasiete

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y SISTEMAS

FIIS

PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 2 TABLA PERIODICA – PROPIEDADES PERIODICAS – ESTRUCTURA ATÓMICA

CURSO: QUIMICA GENERAL (CB-201 W)

INTEGRANTES: LOCK BRAÑEZ PETER PEÑA PONCE LUIS GUSTAVO PORTOCARRERO PORTOCARRERO ALFREDO VARILLAS LÓPEZ MANUEL YSRRAEL

PROFESOR: HIDALGO RODRIGUEZ JOSE

AULAS: S4-203 / S2-135 / LABORATORIO

LIMA, 12 DE ABRIL DEL 2016

PRACTICA DE LABORATORIO N°2

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INDICE PÁGINA Índice

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Objetivos

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Materiales y equipos usados/explicados

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Fundamentos teóricos

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Procedimiento experimental / Observaciones

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Cuestionario / Observaciones y análisis

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Conclusiones

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Bibliografía

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OBJETIVOS:

TABLA PERIÓDICA Y PROPIEDADES PERIÓDICAS El objetivo fundamental de la presente práctica de laboratorio es el de realizar un estudio experimental de la Ley Periódica de los Elementos. Pero ¿Cómo se realizará? Se hará mediante diversas pruebas químicas y físicas con las que se ponga en manifiesto las relaciones y diferencias graduales en lo que respecta a propiedades de las distintas series de elementos de la tabla periódica. La importancia de esta práctica es evidente, ya que, en base a la clasificación periódica, se estudiará posteriormente a los diversos elementos químicos, y los compuestos que estos pueden formar.

ESTRUCTURA ATÓMICA 1. La intención de esta práctica es dar lugar a que el alumno mediante una introducción al Análisis Espectral Cualitativo, observe las manifestaciones físicas del átomo, basándose en el hecho de que los átomos al ser excitados mediante una fuente externa de energía, emiten una luz característica que al ser analizado en un espectroscopio se manifiesta por una serie de líneas de longitud de onda definidas. 2. Los espectros de muchos átomos se descubren con las llamas del mechero de Bunsen, que son muy simple y fácil de distinguir. 3. De ahí el gran interés que ofrece el estudio de las líneas espectrales para confirmar o reconocer un gran número de elementos, especialmente alcalinos y alcalino-térreos.

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MATERIALES Y EQUIPOS USADOS EN LA SESIÓN

Entre los materiales de laboratorio más importantes usados durante los experimentos, se puede contemplar: -

Cuentagotas / Gotero Gradilla Indicador de pH Luna de reloj Mechero de Bunsen Pipeta Propipeta Piseta Tubos de ensayo Vasos de Precipitado de 150ml

Entre los equipos usados, se tiene: -

Lavadero

Los reactivos usados en los experimentos fueron: -

Ácido Clorhídrico (HCl(ac), 3N) Aluminio (Al) Azufre (S) Calcio (Ca) Cloro (Cl) Fósforo (P) Hierro (Fe) Magnesio (Mg) Potasio (K) Sodio (Na)

Se explicará, de manera detallada y resumida, la función de cada artefacto, material y reactivo usado durante los experimentos.

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MATERIALES DE LABORATORIO USADOS EN LA SESIÓN

Cuentagotas / Gotero Se utiliza para trasvasar pequeñas cantidades de líquido vertiéndolo gota a gota. En los laboratorios, en los que se utilizan productos químicos, son muy utilizados para añadir reactivos, líquidos indicadores o pequeñas cantidades de producto. Su uso no está recomendado cuando se requiere precisión en la cantidad de líquido vertido. Para esos casos existen instrumentos más apropiados como la pipeta o la bureta.

Gradilla Generalmente hecho de madera o metal, nos permitirá dar soporte a los tubos de ensayo.

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Indicador de pH Un indicador de pH es una sustancia que permite medir el pH de un medio. El cambio de color se debe a un cambio estructural inducido por la protonación o desprotonación de la especie. Entre los indicadores a usar, tenemos el papel tornasol.

Luna de reloj / Vidrio de reloj Instrumento de laboratorio, que se utiliza en química para evaporar líquidos, pesar productos sólidos, cubrir vasos de precipitados, o contener sustancias parcialmente corrosivas, aunque también es utilizado para pesar muestras húmedas después de hacer la filtración. En esta ocasión, se usará al trasladar ciertas sustancias de los experimentos.

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Mechero Bunsen El mechero bunsen es un instrumento utilizado en laboratorios para calentar muestras y sustancias químicas.

Pipeta Permiten la transferencia de un volumen de un recipiente a otro de forma exacta, permitiendo medir alícuotas de líquido con bastante precisión. Suelen ser de vidrio. Está formado por un tubo transparente que termina en una de sus puntas de forma cónica, y tiene una graduación (una serie de marcas grabadas) indicando distintos volúmenes.

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Propipeta La propipeta es un instrumento de laboratorio que se utiliza junto con la pipeta, permitiendo succionar líquidos con mayor precisión; además, evita el contacto directo con líquidos nocivos, tóxicos, corrosivos, con olores muy fuertes o que emitan vapores.

Piseta / Piceta La Piseta es un recipiente cilíndrico sellado con tapa rosca, el cual posee un pequeño tubo con una abertura capaz de entregar agua destilada, usada en el laboratorio para el lavado de recipientes y materiales de vidrio.

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Tubo de Ensayo El tubo de ensayo forma parte del material de vidrio de un laboratorio químico. Este instrumento permite la preparación de soluciones. Los tubos de ensayo están disponibles en una multitud de tamaños, comúnmente de 1 a 2 cm de ancho y de 5 a 20 cm de largo.

Vaso de precipitado Su objetivo principal es contener líquidos o sustancias químicas diversas de distinto tipo, obtener precipitados a partir de la reacción de otras sustancias, calentar o preparar reacciones químicas, y calentarlas en caso sea necesario. No olvidar que su graduación es inexacta, por lo que se usa la pipeta.

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EQUIPOS USADOS EN LA SESIÓN

Lavatorio del laboratorio En el lavatorio, podemos lavar o enjuagar, de manera ordenada y eficiente, los materiales de laboratorio usados con anterioridad, para poder realizar otro proceso.

REACTIVOS USADOS EN LA SESIÓN

Ácido Clorhídrico El ácido clorhídrico, ácido muriático, o todavía ocasionalmente llamado, ácido hidroclórico, es una disolución acuosa del gas cloruro de hidrógeno (HCl). Es muy corrosivo y ácido, de olor fuertemente irritante. Se emplea comúnmente como reactivo químico y se trata de un ácido fuerte que se disocia completamente en disolución acuosa.

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Aluminio (Al) Elemento químico de número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético (no olvidar que el ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido). En estado natural se encuentra en muchos silicatos. El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su extendida vida útil y la estabilidad de su precio.

Azufre (S) Elemento químico de número atómico 16, un no metal que se encuentra en todos los estados (sólido, líquido y gaseoso): según los químicos presenta formas alotrópicas cuyas relaciones no son completamente conocidas. Este no metal tiene un color amarillento fuerte, amarronado o anaranjado y arde con llama de color azul, desprendiendo dióxido de azufre. Es insoluble en agua. Es multivalente, y son comunes los estados de oxidación -2, +2, +4, +6.

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Calcio (Ca) Elemento químico de número atómico 20. calcio es un metal suave grisáceo, y es el quinto más abundante en masa en la corteza terrestre. También es el ion más abundante que se encuentra disuelto en el agua de mar tanto como por su molaridad y masa, después del sodio, cloruros, magnesio y sulfatos.

Cloro (Cl) Elemento químico de número atómico 17 situado en el grupo de los halógenos. En condiciones normales forma un gas tóxico amarillo verdoso formado por moléculas diatómicas (Cl2) 2,5 veces más pesado que el aire, de olor desagradable y tóxico. En la naturaleza no se encuentra en estado puro ya que reacciona con rapidez con muchos elementos y compuestos químicos. Por ello, se encuentra formando parte de cloruros (especialmente en forma de cloruro de sodio), cloritos y cloratos , en las minas de sal y disuelto en el agua de mar.

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Fósforo (P) El fósforo es un elemento químico de número atómico 15 y símbolo P. Es un no metal multivalente perteneciente al grupo del nitrógeno, que se encuentra en la naturaleza, combinado en fosfatos inorgánicos y en organismos vivos, pero nunca en estado nativo. Es muy reactivo, y se oxida espontáneamente en contacto con el oxígeno atmosférico emitiendo luz.

Hierro (Fe) Es un elemento químico de número atómico 26. Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5 %, y es el primero más abundante en masa planetaria, debido a que el planeta en su núcleo, se concentra la mayor masa de hierro nativo equivalente a un 70 %. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro.

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Magnesio (Mg) Elemento químico de número atómico 12. Es el séptimo elemento en abundancia constituyendo del orden del 2 % de la corteza terrestre, y el tercero más abundante disuelto en el agua de mar. El metal puro no se encuentra en la naturaleza. Una vez producido a partir de las sales de magnesio, este metal alcalino-térreo es utilizado como un elemento de aleación.

Potasio (K) Elemento químico de la tabla periódica, cuyo número atómico es 19. Es un metal alcalino de color blanco-plateado, que abunda en la naturaleza, en especial, en minerales y agua salada. Se oxida rápidamente en el aire; es muy reactivo, especialmente en agua, y se parece químicamente al sodio. Es un elemento químico esencial.

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Sodio (Na) Elemento de número atómico 11, aislado por primera vez por sir Humphry Davy en 1807. Es un metal alcalino blando, untuoso, de color plateado, muy abundante en la naturaleza, encontrándose en la sal marina y el mineral halita. Es muy reactivo, arde con llama amarilla, se oxida en presencia de oxígeno y reacciona violentamente con el agua. El sodio está presente en grandes cantidades en el océano en forma iónica. También es un componente de muchos minerales y un elemento esencial para la vida.

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FUNDAMENTOS TEORICOS

Para entender los procedimientos hechos en el laboratorio, se explicarán los principios que rigen a los fenómenos estudiados.

TABLA PERIÓDICA Y PROPIEDADES PERIÓDICAS

La clasificación periódica que vamos a estudiar corresponde a la llamada “Tabla Larga”, que consta de 18 grupos (columnas verticales) y 7 periodos (columnas horizontales).

En 1869 Mendeleiev y Meyer, trabajando independientemente, observaron que si ordenaban los elementos en el orden creciente de sus masas atómicas, comenzando una nueva hilera cada vez que se repitieran las propiedades físicas químicas de los elementos, estos quedaban agrupados por familias con propiedades análogas.

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Al agrupar los elementos en esa forma, se vio en la necesidad de dejar huecos correspondientes a elementos aun no conocidos; por esa razón, Mendeleiev no solo predijo la existencia de algunos elementos, sino también sus propiedades, observando como varían estos en los periodos y grupos. Al formar su cuadro, Mendeleiev se vio obligado a modificar el orden de ubicación de algunos elementos, debido a que dicha ubicación no concordaba con las propiedades observadas para dichos elementos. Mendeleiev no pudo explicar este obligado cambio en la ubicación de los elementos. Actualmente, con el conocimiento de la estructura electrónica y el número de electrones existentes en los átomos de los elementos han permitido modificar la Tabla Periódica Moderna (Tabla Larga), los elementos han sido distribuidos según el orden creciente del número de electrones que posee el elemento neutro, el cual coincide con los pesos atómicos crecientes, salvo la excepción de unos cuantos casos.

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Los elementos de la Tabla Periodica están dispuestos según lo siguiente: 1. Orden creciente de sus números atómicos 2. En hileras horizontales (periodos), según el aumento o disminución de una serie de propiedades (Químicas y Físicas) de los elementos. 3. En hileras verticales (grupos que reúnen elementos son similares sus propiedades químicas y físicas) y estructuras electrónicas (en los electrones de sus niveles energéticos superiores.

Tomando en cuenta estos criterios de ordenamiento podemos establecer correspondencias entre los diferentes elementos de cada grupo y la forma como influya en determinadas propiedades, el llamado “electrón diferenciante” que no es sino el último electrón añadido, que diferencia a un átomo, de su predecesor” debido a su propia órbita atómica y la naturaleza de sus interacciones con los electrones ya presentes.

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Por otro lado podemos establecer que hay una serie de propiedades (químicas y físicas) que son funciones periódicas de sus números atómicos, esta ley periódica es la que nos permite sistematizar y organizar el estudio químico de los elementos; algunas de estas propiedades se relacionan muy claramente con las configuraciones electrónicas de los átomos, tal como sucede con la energía de ionización, la afinidad electrónica, los estados de oxidación posibles, el tamaño atómico, el grado de solubilidad, la menor o mayor facilidad para la conducción del calor y la electricidad, etc.

ESTRUCTURA ATÓMICA El análisis espectroscópico se fundamenta en el hecho de que cuando se descompone mediante un prisma o una rejilla, la luz que emite un sólido incandescente, se obtiene un espectro continuo, en el cual están representados todos los colores de la luz visible en formas de bandas, es decir, el violeta sumergido en el azul, este a su vez en el verde, etc. mientras que la luz que emiten los gases o vapores incandescentes proporciona un espectro discontinuo, constituido por líneas aisladas que son características, hecho que permite identificarlos.

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La explicación de estas líneas características es que al excitar un átomo (mediante energía externa), los electrones de niveles de energía inferiores ascienden a niveles superiores. El estado de excitación de un átomo es fugaz y los electrones así desplazados vuelven nuevamente a sus niveles originales, a la vez que emiten energía a través de ondas luminosas. Los primeros pasos para la interpretación de la energía radiante fueron dados por Max Planck en 1990, en 1905 por Einstein y en 1923 por De Broglie. Max Planck dedujo que la relación entre la energía y las diversas longitudes de onda en la luz emitida o absorbida es:

E: Energía h: Constante de Planck: 6.63x10-34 J.s v: Frecuencia de la radiación λ: Longitud de onda de la radiación C: velocidad de la luz (3x108m/s)

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De hecho, se deduce que cada transición de un nivel de energía a otro corresponde a una longitud de onda definida, llegándose a determinar la diversidad de espectros de los átomos según la energía de excitación aplicada; tales como la llamada, el arco eléctrico chispa eléctrica.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL / OBSERVACIONES Algunas observaciones de los experimentos a nombrar serán explicadas en la sección “Cuestionario”

TABLA PERIÓDICA Y PROPIEDADES PERIÓDICAS

EXPERIMENTO 1: RELACION DE FAMILIAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS Se tratará de dar atención especial a las propiedades características de uno o dos elementos comunes en cada grupo y las relaciones entre sus propiedades y aquellas de sus congéneres en el grupo. Estudiaremos experimentalmente las variaciones en el carácter electropositivo y electronegativo de los elementos. El carácter electropositivo será identificado con las tendencias acidas de los compuestos que forman los no metales. Para ello hemos escogido los elementos de los grupos I, II, III (metales) y el grupo VII (no metales)

PRUEBA A: GRUPO I (Metales Alcalinos) MATERIALES:    

2 vasos de 150 ml Na (s) K (s) Fenolftaleína (indicador)

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Alambre de nicrom.

PROCEDIMIENTO: a) Añada 60 ml de agua en cada uno de los vasos de 150 ml (limpios) b) Adicione 2 o 3 gotas de fenolftaleína en cada vaso, mezcle y observe si hay algún cambio de color.

c) Adicione un trocito de sodio (solicite del almacén del laboratorio) sin tocarlo con los dedos y evitando que se caiga al suelo o la mesa de trabajo, deje caer el metal (con mucho cuidado, no acerque a la cara. d) Repita lo indicado en la parte c) para emplear el potasio. e) Observe y comparte resultados.

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PRUEBA C: Comparación de velocidades relativas de reacción MATERIALES:     

3 tubos de ensayo 13x100 Mg (s) Ca (s) Fe (s) Ácido clorhídrico (HCL, 3N)

PROCEDIMIENTO: a) Eche aproximadamente 3 ml de HCL, 3N, en cada uno de los 3 tubos de ensayo (limpios). b) En forma simultánea, eche los elementos metálicos que dispone a los tubos de ensayo (uno para cada tubo)

c) Observe y anote las velocidades relativas de reacción de estos 3 elementos.

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PRUEBA E: Propiedades Periódicas. Comparación de aci...