Práctica N°1 Propiedades físicas y químicas de metales y no metales PDF

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Practica propiedades fisica y quimicas de metales y no metales...

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR CENTRO DE QUÍMICA QUÍMICA GENERAL II FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

NOMBRES Y APELLIDOS

NOTA/16

GRUPO N° PARALELO

Q2-P1

FECHA

15/12/2020

DIA

Martes

HORARIO

15:00 – 16:00

Edison Joel Jiménez Agila

1. Tema: Propiedades físicas y químicas de metales y no metales 2. Objetivos: •

Observar e identificar las características físicas como: color, brillo, dureza y estabilidad de los elementos metálicos y no metálicos.

•

Identificar y comparar la reactividad química de los elementos metálicos de las familias IA, IIA Y IIIA y de los metales de transición.

3. Marco teórico: La tabla periódica es la disposición ordenada de los elementos químicos en función de su número atómico. Los elementos químicos se clasifican en metales y no metales, a causa de sus propiedades físicas y químicas, los metales se encuentran en el lado izquierdo y se caracterizan por ser buenos conductores de la electricidad y del calor, en cambio, los no metales se localizan en el lado derecho de la tabla periódica y no son buenos conductores de calor ni de electricidad. Las propiedades físicas son aquellas características que se pueden medir y observar sin alterar la composición del compuesto, por otra parte, las propiedades químicas son aquellas donde ocurre un proceso o cambio químico (Chang, 2013) Propiedades físicas de los metales: Conductividad

•

Ductilidad

calórica

•

Fusibilidad

•

Conductividad eléctrica

•

Maleabilidad

•

Dureza

•

Brillo

•

Tenacidad

•

Densidad

•

Propiedades químicas de los metales: •

La formación de óxidos básicos.

•

La formación de hidróxidos.

•

La formación de sales.

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Propiedades físicas de los no metales: •

Varían mucho en su apariencia

•

No son lustrosos.

•

Malos conductores del calor y la electricidad.

•

No tienen brillo metálico.

•

Son muy frágiles y no pueden estirarse en láminas.

•

Presentan diversos estados de agregación en condiciones normales.

•

No son dúctiles ni maleables.

Propiedades químicas de los no metales: •

Su electronegatividad es de mediana a alta.

•

Presentan 4 o más electrones en su último nivel.

•

Sus moléculas son generalmente biatómicas y covalentes.

4. Datos, observaciones y discusiones: Tabla 1. Características de los elementos metálicos y no metálicos. ELEMENTO

COLOR

BRILLO

DUREZA

ESTABILIDAD

Na

Amarillo plateado

Presenta brillo

Blando

Altamente reactivo

K

Blanco plateado

Presenta brillo

Blando

Altamente reactivo

Li

Blanco plateado

Presenta brillo

Blando

Altamente reactivo

Mg

Blanco plateado

Presenta brillo

Blando

Reactivo

Ca

Blanco plateado

Presenta brillo

Blando

Reactivo

Al

Gris plateado

Presenta brillo

Poco blando

Poco reactivo

C

Negro

No presenta brillo

Poco Blando

Estable (baja reactividad)

S

Amarillo

No presenta brillo

Blando

Estable (baja reactividad)

I

Negro azulado

Presenta brillo

Blando

Levemente reactivo

Tabla 2. Reactividad de elementos alcalinos. METAL

ORDEN DE REACCIÓN

Color al adicionar fenolftaleína

Compuesto formado (ácido o básico)

Rosa intenso

básico

Na

Muy reactivo

K

Altamente reactivo

Rosa

básico

Li

Altamente reactivo

Rosa

básico

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Tabla 3. Reactividad de elementos alcalinotérreos. REACCIONA CON

METAL

ORDEN DE REACCIÓN

Mg

Poco reactivo

Poco reactivo

Reacciona levemente al someterse a calentamiento.

Ca

Reactivo

Muy reactivo

No necesita someterse a calentamiento.

Agitación

Calentamiento

Color al adicionar fenolftaleína Ligeramente rosa Rosa

Tabla 4. Reactividad de los elementos de las familias IA, IIA, IIIA. METAL

REACCIONA CON

ORDEN DE REACCIÓN

Agitación

Calentamiento

Color al adicionar fenolftaleína

K

Muy reactivo

Muy reactivo

No necesita someterse a calentamiento.

Rosa intenso

Ca

Reactivo

Reactivo

No necesita someterse a calentamiento.

Rosa

Al

Poco reactivo

No reacciona agitación

Reacciona levemente al someterse a calentamiento.

Incoloro

con

Tabla 5. Reactividad entre elementos alcalinotérreos y metales de transición. SAL

PRECIPITA

MEDIO Si

BaCl2

OBSERVACIÓN No Reacción inmediata, se forma precipitado de color blanco.

X H2SO4

FeCl3

X

MgCl2

No se forma un precipitado, permanece incoloro.

X

Reacción inmediata, se forma precipitado de color blanco.

un

X

Reacción inmediata, se forma precipitado de color marrón claro.

un

NaOH FeCl3

un

Tabla 6. Reactividad de los elementos no metálicos con nitrato de plata. SAL

Precipita con AgNO3 Si

No

Características del precipitado

NaF

X

Reacción inmediata, se forma un precipitado de color amarillo blanquecino.

NaCl

X

Reacción inmediata, se forma un precipitado de color blanco.

NaI

X

Reacción inmediata, se forma un precipitado de color amarillento.

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Tabla 7. Resultados del ensayo demostrativo. H2SO4 (c) con

Características del gas

Color al adicionar heliantina

KBr

Amarillo blanquecino

Rojo blanquecino

NaCl

Amarillo tenue

Amarillo

Reacciones: Reactividad de los elementos alcalinos

2𝐿𝑖 (𝑠) + 2𝐻2 𝑂 (𝑙) --------> 2𝐿𝑖(𝑂𝐻) (𝑎𝑐) + 𝐻2 (𝑔) 2𝐾 (𝑠) + 2𝐻2 𝑂 (𝑙) --------> 2𝐾(𝑂𝐻) (𝑎𝑐) + 𝐻2 (𝑔) 2𝑁𝑎 (𝑠) + 2𝐻2 𝑂 (𝑙) --------> 2𝑁𝑎(𝑂𝐻) (𝑎𝑐) + 𝐻2 (𝑔) Reactividad de elementos alcalinotérreos

𝑀𝑔 (𝑠) + 2𝐻2 𝑂 (𝑙) --------> 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 (𝑎𝑐) + 𝐻2 (𝑔) 𝐶𝑎 (𝑠) + 2𝐻2 𝑂 (𝑙) --------> 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 (𝑎𝑐) + 𝐻2 (𝑔) Reactividad química de elementos de las familias IA, IIA, IIIA

2𝐾(𝑠) + 2𝐻2 𝑂 (𝑙) --------> 2𝐾(𝑂𝐻) (𝑎𝑐) + 𝐻2 (𝑔) 𝐶𝑎(𝑠) + 2𝐻2 𝑂(𝑙) --------> 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 (𝑎𝑐) + 𝐻2 (𝑔) 2𝐴𝑙 (𝑠) + 6𝐻2 𝑂 (𝑙) --------> 2𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 (𝑎𝑐) + 3𝐻2 (𝑔) Reactividad de elementos alcalinotérreos y de transición

𝐵𝑎𝐶𝑙2 + 𝐻2 𝑆𝑂4 --------> 𝐵𝑎(𝑆𝑂4 ) + 2𝐻𝐶𝑙 2𝐹𝑒𝐶𝑙3 + 3𝐻2 𝑆𝑂4 --------> 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 + 6𝐻𝐶𝑙 𝑀𝑔𝐶𝑙2 + 2𝑁𝑎(𝑂𝐻) --------> 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 + 2𝑁𝑎𝐶𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙 3 + 3𝑁𝑎(𝑂𝐻) --------> 𝐹𝑒 (𝑂𝐻)3 + 3𝑁𝑎𝐶𝑙 Reactividad de los elementos no metálicos con nitrato de plata

𝑁𝑎𝐹 + 𝐴𝑔𝑁𝑂3 --------> 𝐴𝑔𝐹 + 𝑁𝑎𝑁𝑂3 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐴𝑔𝑁𝑂3 --------> 𝐴𝑔𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝑁𝑂3 𝑁𝑎𝐼 + 𝐴𝑔𝑁𝑂3 --------> 𝐴𝑔𝐼 + 𝑁𝑎𝑁𝑂3

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Reacciones del ensayo demostrativo

2 𝐾𝐵𝑟 + 2 𝐻2 𝑆𝑂4 --------> 𝐾2 𝑆𝑂4 + 𝐵𝑟2 + 𝑆𝑂2 + 2 𝐻2 𝑂 2 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 2 𝐻2 𝑆𝑂4 --------> 𝑁𝑎 2 𝑆𝑂4 + 𝐶𝑙2 + 𝑆𝑂2 + 2 𝐻2 𝑂 Discusiones: Características de los elementos metálicos y no metálicos. En la siguiente práctica se observó algunas características de los metales y los no metales, de los siguientes elementos se obtuvo: •

El sodio (Na) es un metal blando, presenta brillo y tiene un color amarillo plateado este tono de color en el elemento es debido a que en condiciones normales el sodio reacciona inmediatamente con el oxígeno presente en el aire, ocasionando el oscurecimiento de su color a un tono oscuro, es un elemento muy reactivo e inestable.

•

El potasio (K) es un metal blando ya que se puede cortar con facilidad usando una espátula, presenta brillo, y tiene un tono de color blanco plateado; esto se debe a que si se corta el potasio podemos ver por segundos como tiene un color violeta plateado pero en instantes cambia a su tono blanco plateado, debido a la presencia del oxígeno en el aire el potasio se oxida, es uno de los elementos con un grado alto de reactividad.

•

El Litio (Li) es un metal blando, presenta brillo y tiene un tono blanco plateado, es un elemento muy inestable, a condiciones normales reacciona inmediatamente con el nitrógeno presente en el aire, esto es lo que ocasiona el oscurecimiento en su color. Forma iones mono-positivos, por su baja energía de ionización es lo que ocasiona que el litio tenga una alta reactividad con iones negativos.

•

El magnesio (Mg) es un metal de color blanco plateado con presencia de brillo, presenta dureza. Es reactivo, pero en cantidades grandes y para reaccionar en cantidades menores necesita de temperaturas altas; muy estable en óxidos, el tono se opaca debido a su reacción con los compuestos del aire.

•

El calcio (Ca) es un metal de color blanco plateado, presenta brillo y es blando, se presencia una mayor estabilidad, presenta menor reactividad que los elementos alcalinos y los otros elementos alcalinotérreos; reacciona levemente con el nitrógeno y oxígeno del aire. Su mayor estabilidad se presenta al formar iones di-positivos.

•

El aluminio (Al) es un metal de color gris plateado, presenta brillo y tiene dureza. Es estable debido a que forma iones tri-positivos, no reacciona con el aire en condiciones normales pues no conforma compuestos binarios con oxigeno ni con agua.

•

El carbono (C) es un no metal, tiene un color negro, no presenta brillo metálico, es blando y es un elemento que tiene baja reactividad.

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•

El azufre (S) es un no metal, tiene un color amarillo, no presenta brillo metálico, es blando y al igual que el carbono tiene una estabilidad baja.

•

El yodo (I) es un no metal de color negro azulado, a pesar de ser un no metal presenta brillo y es blando. En la práctica este elemento se encuentra en una caja Petri, esto se debe a que el yodo en contacto con el aire empieza a descomponerse, es decir, que pasa de su fase sólida a su fase gaseosa “sublimación”, este fenómeno se demora un largo tiempo por lo que es recomendable someter a un calentamiento y es levemente reactivo.

Los elementos usados en esta parte de la práctica muestran números atómicos, radios atómicos y iónicos, energías de ionización, y afinidad electrónica diferentes, pero presentan periodicidad de propiedades respecto a otros elementos de su grupo, es decir, reacciones químicas similares. La química de un elemento está determinada por la forma en que están organizadas sus electrones: su configuración electrónica, los electrones de valencia son los que determinan la reactividad de los compuestos. En el grupo IA los metales forman iones mono-positivos que reaccionan inmediatamente con el agua, oxígeno y nitrógeno presentes en el aire, debido a esto no se observa su brillo metálico, ya que se encuentran cubierto de capas de óxido, por ello es recomendable cortar las muestras para observar su color y su brillo metálico. En el grupo IIA aumenta su reactividad con el oxígeno, su primera y segunda energía de ionización disminuye formando iones di-positivos ya que alcanza una configuración de gas noble. Los grupos de elementos no metales forman iones negativos (Chang, 2013)

Reactividad de elementos alcalinos. En la práctica encontramos los elementos del grupo IA (alcalinos) como es el litio, el sodio y el potasio, experimentar con cada uno de ellos obtuvimos lo siguiente: •

El sodio al momento de introducirlo en agua, se observa un cambio en su forma de amorfa a esférica, su reacción es inmediata liberando hidrógeno gaseoso, posteriormente al acercar un encendedor al vaso de precipitación vemos como se produce una pequeña flama debido a que el sodio es reactivo, al añadir el indicador “fenolftaleína” observamos que se torna a un color rosa fuerte.

•

El potasio de igual manera que el sodio al momento de introducirlo en el agua vemos como flota, debido a que la densidad del K es menor a la del agua, su reacción es inmediata y violenta ya que este elemento es aún más reactivo que el sodio. Se puede ver como dentro del vaso de precipitación existe hidrógeno gaseoso que al acercar un encendedor produce una flama un poco más grande que la del sodio

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debido a que es altamente reactivo, al añadir el indicador “fenolftaleína” este se torna a un color rosa lo que muestra la presencia de una base fuerte. •

El litio reacciona intensamente con el agua, formando hidróxido de litio altamente inflamable. La disolución incolora es altamente alcalina, es una reacción exotérmica, su reacción es más lenta comparada a la reacción de sodio y de potasio con agua ambos; al colocar el indicador “fenolftaleína” la disolución se torna a un color rosa mostrando la presencia de una base. Los átomos de litio fácilmente ceden un electrón para formar iones Li + cargados positivamente, los cuales reaccionan formando óxidos, hidróxidos o peróxidos para estabilizarse (Stewart, 2018)

Las reacciones del Litio, Sodio y Potasio presentan una semejanza ya que comparten periodicidad de propiedades químicas al pertenecer estos 3 elementos al mismo grupo

IA, en las tres reacciones se muestran la tendencia a formar iones mono-positivos para estabilizar con una configuración electrónica igual a la del Helio, Neón y Argón respectivamente; cada uno de ellos muestran estabilidad como hidróxidos liberando hidrógeno gas, al reaccionar inmediatamente y totalmente con el agua, conformando bases fuertes lo cual es denotado por el indicador; se observa que los elementos flotan en el agua esto es debido a que la densidad de cada elemento son menores comparada con la del agua. Reactividad de elementos alcalinotérreos. •

Se introdujo un pedazo de magnesio en un tubo de ensayo que contenía agua, se observa después de unos segundos que no se produce una reacción, esto es debido a que el magnesio es un elemento químico de reacción lenta pero la reactividad aumenta con los niveles de oxígeno. Su velocidad de reacción es lenta, se necesita someterla a calentamiento con ayuda de un mechero, por lo tanto, no es una reacción exotérmica. Con ayuda del indicador (fenolftaleína) la disolución de torno ligeramente rosa revelando la presencia de una base, ya que esta reacción produce hidróxido de magnesio e hidrógeno gas.

•

En la siguiente reacción al introducir el calcio en el agua, se observa que empieza a burbujear la disolución esto es debido a que desprende “hidrógeno gas”, se torna de un color blanco que después de un lapso de tiempo podemos ver un precipitado en el fondo, el calcio reacciona de manera violenta con el agua, es decir, la velocidad de reacción es rápida; se denota la leve presencia de calor en el tubo de ensayo, por lo tanto, es una reacción exotérmica ya que libera energía en forma de calor. El calcio reacciona con el agua a una temperatura ambiente, a diferencia del magnesio que necesita de someterse

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a calentamiento; en presencia del indicador (fenolftaleína) la disolución se torna de un color rosa lo cual nos indica la presencia de una base fuerte. Los elementos del grupo IIA (alcalinotérreos) presentan una menor reactividad a diferencia del grupo IA (alcalinos), ya que en su última capa posee 1 par de electrones apareados debido a esto forma iones positivos M 2+, por lo tanto, poseerán una mayor energía de ionización, es decir, que es más difícil desprender a uno de ellos, la tendencia de aumento de reactividad se ve del elemento inicial hasta el elemento final del grupo (Méndez, 2011)

Reactividad de los elementos de las familias IA, IIA, IIIA. •

El potasio es un elemento muy reactivo incluso más que el sodio, se observa que al colocar un pedazo de potasio en el tubo de ensayo y al añadir unas gotas de agua este elemento reacciona rápida e inmediatamente con el agua, y provoca una chispa pequeña debido a que el hidrógeno liberado reacciona fuertemente con el oxígeno y se enciende, por lo tanto, es una reacción exotérmica ya que libera energía en forma de luz, al ser altamente reactivo el potasio no es necesario someter a calentamiento; esta disolución produce hidróxido de potasio y desprende “hidrógeno gas”. En presencia del indicador (fenolftaleína) la disolución se torna de un color rosa intenso lo cual muestra la presencia de una base fuerte.

•

El calcio es un elemento muy reactivo en esta reacción se observa que produce hidróxido de calcio disuelto en agua y libera hidrógeno gas. En la reacción se presencia un pequeño burbujeo “presencia de hidrógeno gas” se torna de un color blanco oscurecido, después de unos minutos podemos ver la presencia de un precipitado que se encuentra en el fondo del tubo de ensayo; su velocidad de reacción es rápida pero menor al tiempo de reacción del potasio, no necesita de calentamiento ya que este elemento al tener contacto con el agua es reactivo. En presencia del indicador (fenolftaleína) la disolución se torna rosa lo cual nos muestra la presencia de una base.

•

El aluminio metálico en este caso no reacciona al tener contacto con el agua, debido a que desarrolla rápidamente una cappa delgada de óxido de aluminio que evita que el metal reaccione con el agua. Cuando esta capa se corroe, se desarrolla una reacción que libera hidrógeno gaseoso altamente inflamable, la disolución necesita de calentamiento para poder presenciar una reacción leve. En presencia del indicador (fenolftaleína) la disolución no se torna de ningún color, es decir, no se encuentra presencia de una base.

Reactividad entre elementos alcalinotérreos y metales de transición. •

En la primera reacción utilizamos Cloruro de Bario más ácido sulfúrico, al momento de reaccionar estos dos compuestos obtenemos como resultado sulfato de bario 𝐵𝑎(𝑆𝑂4 )

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