Informe #2 Aplicacion de La Estructura Atomica

LABORATORIO # 1 AMILCAR CORTEZ COSSIO ALAN CALLE COLQUE LAB. QUÍMICA GENERAL 1100”C”

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SEMESTRE 2011/2

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ÍNDICE 1.

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………..pág. 1

2.

OBJETIVOS………………………………………………………………………………………..pág. 1

3.

FUNDAMENTO TEÓRICO…………………………………………………………………..pág. 1

3.1 Átomo ……………………………………………………………………………………………….pág. 1

3.1.1. núcleo………………………………..……………………………………………………………pág. 1 3.1.1.1. protón ………………………………………………………………………………………..pág. 2 3.1.1.2 Neutrón………………………………………………………………………………………..pág. 2 3.1.2. Estructura……………………………………………………………………………………… pág. 2 3.1.2.1. Electrón ……………………………………………………………………………………….pág. 2 3.2 Peso atómico………………………………………………………………………………………pág.2 3.3 Estructura neutra del átomo……………………………………………………………………pág. 3

4.

APARATO Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL………………………………….pág. 4

4.1 APARATO EXPERIMENTAL…………………………………………………………………pág. 4 4.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1…………………………………………………pág.5

4.3.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ………………………………………………pág. 7

5. DATOS Y RESULTADOS…………………………………………………………………….pág. 8 6. OBSERVACIONES Y DISCUSIÓN………………………………………………………..pág.10

7. CONCLUSIONES……………………………………………………………………………….pág.12 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………………………..pág.13 APÉNDICE………………………………………………………………………………………………pág.14

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RESUMEN Esta segunda práctica de Laboratorio de Química General, empezamos por tratar de comprender como un metal se va desintegrando mientras ocurre una reacción química mediante la combinación de ácidos con metales, para este entendimiento tuvimos que realizar varias aplicaciones en laboratorio y así obtener resultados que nos satisfagan y se complemente con la teoría. Al realizar estos análisis de laboratorio pudimos manifestar el cambio de color, olor y la transformación de temperaturas, que sucedieron durante el trabajo experimental. Con la ayuda de materiales de laboratorio que en este caso usamos la gradilla para la sujeción de los tubos de ensayo y la buena manipulación de estos instrumentos. A la vez se realizó una serie de experimentos con una llama que provenía del mechero bunsen que nos permitió observar colores distintos en cada sal que se acercaba a la llama, que nos permitió llegar a cálculos y poder comprobar la ecuación de Planck. Por ultimo esta experiencia nos enseñó a ser más cuidados cuando se trabaja en laboratorio, ya que se corren riesgos de quemaduras con ácidos y/o la intoxicación por inhalación como sucedió con una alumna.

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1. INTRODUCCIÓN.- La materia que interviene en los procesos químicos esta constituido por moléculas y estas por átomos. La transformación de la materia ocurre en la estructura interna del atomo. Cuando se transforma la estructura del atomo pueden observar fenómenos de carácter eléctrico, carácter energético. 2. OBJETIVOS. Efectuar la disoluciones correspondientes de algunos elementos metálicos en soluciones acidas o básicas, para explicar la transformación de la estructura atómica de cada elemento, y explicar su carácter eléctrico.  Escribir simbólicamente la transformación de la estructura atómica y representar la distribución electrónica según la regla de hand antes y después del proceso de transformación.  Aproximar a la flama de un mechero Binsen elementos alcalinos para la observación, la coloración o luz que emite el elemento y calcular la energía de emisión de luz, según la ecuación de Planck.

3. FUNDAMENTO TEORICO.-

3.1. Átomo.- En química y física, átomo (del latín atomum, y éste del griego ἄτομον, sin partes; también, se deriva de "a" (no) y "tomo" (divisible); no divisible)1 es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Su denso núcleo representan el 99.9% de la masa del átomo, y está compuesto de bariones llamados protones y neutrones, rodeados por una nube de electrones, que -en un átomo neutro- igualan el número de protones. 3.1.1. Núcleo.- El núcleo atómico es la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentra más del 99.99% de la masa total del átomo. Está formado por protones y neutrones (denominados nucleones) que se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte, la cual permite que el núcleo sea estable, a pesar de que los protones se repelen entre sí (como los polos iguales de dos imanes). La cantidad de protones en el núcleo determina el elemento químico al que pertenece. Los núcleos atómicos con el mismo número de protones

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pero distinto número de neutrones, se denominan isótopos; por esta razón, átomos de un mismo elemento pueden tener masas diferentes. 3.1.1.1. Protón.- En física, el protón (del griego πρῶτον, prōton ['primero']) es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva y una masa 1.836 veces superior a la de un electrón. Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse en otras partículas. El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos. 3.1.1.2. Neutrón.- El neutrón es una partícula sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el protio. Aunque se dice que el neutrón no tiene carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas llamadas quarks, cuyas cargas sumadas son cero. Por tanto, el neutrón es un barión neutro compuesto por dos quarks de tipo abajo, y un quark de tipo arriba. Fuera del núcleo atómico, los neutrones son inestables, teniendo una vida media de 15 minutos (885.7 ± 0.8 s),;2 cada neutrón se descompone en un electrón, un antineutrino y un protón. Su masa es muy similar a la del protón, aunque ligeramente mayor. 3.1.2. Estructura.- En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza. La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón. Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones. 3.1.2.1. Electron.- El electrón (del griego ἤλεκτρον, ámbar), comúnmente representado por el símbolo: e−, es una partícula subatómica de tipo fermiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones. Los electrones tienen una masa de 9,11×10-31 kilogramos, unas 1800 veces menor que la de los neutrones y protones. Siendo tan livianos, apenas contribuyen a la masa total de las sustancias. Su movimiento genera la corriente eléctrica, aunque dependiendo del tipo de estructura molecular en la que se encuentren, necesitarán más o menos energía para desplazarse. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química, ya que definen las atracciones entre los átomos. 3.2. Peso atómico.- Un peso atómico (masa atómica relativa) de un elemento de una fuente especificada es la razón de la masa media por átomo del elemento a 1/12 de la masa de un átomo 12C. La definición

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deliberadamente especifica "un peso atómico…", puesto que un elemento tendrá diferentes pesos atómicos dependiendo de la fuente. Por ejemplo, el boro de Turquía tiene un peso atómico menor que el boro de California, debido a la diferente composición isotópica.6 7 Sin embargo, dado el costo y las dificultades del análisis isotópico, es usual el uso de valores tabulados de pesos atómicos estándar, que son ubicuos en laboratorios químicos. 3.3. Estructura neutra del átomo.- Esta estructura neutra del átomo de cada elemento es posible transformarla. Esta transformación ocurre en la parte externa del átomo específicamente en el último nivel de energía, cuando los electrones de este nivel se pierden o se ganan (disminuyen o aumentan). Simbólicamente su transformación se escribe de la siguiente manera:

proceso transformacion

+2e

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4. APARATO Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.1. APARATO EXPERIMENTAL.- los materiales y equipos utilizados para la mezcla o combinación de soluciones para la reacción química son los siguiente: MATERIALES Y REACTIVOS

2

3

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1

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1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Gradilla Tubo de ensayo Escobilla para tubo de ensayo Pinza para tubo de ensayo Pipeta Amoniaco Agua oxigenada H2O2 Hidróxido de amonio NH3

9. Ácido clorhídrico 1:1 (HCl) 10. Mechero 11. Ácido nítrico HNO3 12. Ácido clorhídrico 33%(HCl) 13. Alcohol 96% 14. Ácido sulfúrico HSO4 15. Mechero Bunsen

4.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1.- A continuación se explicarán los pasos a seguir para realizar satisfactoriamente el experimento partiendo con la explicación básica que dio el ing. Mario Huanca sobre las mezclas o combinaciones de elementos metálicos con diferentes tipos de ácidos, para eso se dio las siguientes combinaciones:  Magnesio + ácido clorhídrico diluido 1:1 (Mg + HCl).- en esta combinación lo primero que se hizo fue obtener el elemento metálico, en este caso el magnesio que tiene una apariencia blanco plateado sin olor, luego introducimos el metal dentro del tubo de ensayo, una vez obtenido el ácido clorhídrico (HCl) que al abrirlo se pudo ver que es una acido incoloro con un olor irritante. enseguida procedimos a realizar la combinación del ácido con el metal. Con la ayuda de la pinza para tubo de ensayo agarramos el tubo de ensayo con el elemento metálico y lo inclinamos a aproximadamente 45º para luego introducir el ácido clorhídrico (HCl) y con la ayuda de la pipeta introduciendo el ácido lentamente dentro del tubo de ensayo apoyando la pipeta dentro de las paredes del tubo de ensayo, enseguida se pudo apreciar cómo iba produciendo una reacción, en lo cual se pudo sentir como iba calentando el tubo de ensayo, como también se observó cómo se iba formando un gas blanquecino que levemente iba saliendo del tubo de ensayo, pero a la vez no iba cambiando de color por lo que la solución mantuvo el color del ácido.  Zinc + ácido sulfúrico (Zn + H2SO4).- antes de realizar este experimento tuvimos que lavar la pipeta que anteriormente introducimos al ácido clorhídrico. Una vez adquirido el metal zinc de color blanco azulado, lo colocamos dentro del tubo de ensayo,

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seguidamente elegimos el ácido a emplear que en este caso sería el ácido sulfúrico(Zn + H2SO4), este acido liquido o aceitoso incoloro y sin olor, lo introdujimos dentro del tubo de ensayo mediante la pipeta, previamente agarramos el tubo de ensayo con la ayuda de la pinza también a aproximadamente 45º, en esta experiencia pudimos ver como el Zinc más ácido sulfúrico iba burbujeando un poco, a la vez se produjo un cambio de color blanco a amarillento.  Bismuto + ácido nítrico (Bi + HNO3).- tal como hicimos antes, primero procedimos con la limpieza de la pipeta, para así no contaminar el ácido. En esta experiencia con el bismuto de color rosáceo, también introducido dentro del tubo de ensayo, donde se combinó al igual que las anteriores experiencias, y procediendo de la misma manera, pero esta vez con el ácido nítrico(HNO3), donde no se

pudo ver ninguna reacción, lo único que se observó, fue como iba incrementando su volumen liquido al añadir dicho acido. En este acido pudimos observar mediante nuestro sentidos que no tenía un color, pero a la vez desprendía un olor sofocante.  Cobre + amoniaco + agua oxigenada ( Cu + NH3 + H2O2).- en esta experiencia particular, lo primero que hicimos fue preparar el experimento colocando una partícula de cobre de color rojizo y brillo metálico dentro del tubo de ensayo, una vez realizada la primera etapa agarramos el tubo de ensayo mediante una pinza al igual que anteriormente indicamos a unos aproximadamente 45º abrimos el amoniaco donde inmediatamente abierto el bote se sintió un olor penetrante y desagradable e inaguantable, rápidamente introducimos la pipeta limpia dentro del bote para sacar un volumen de amónico para luego introducirlo lentamente dentro de las paredes del tubo de ensayo y asi pudimos observar que se produjo ningún efecto exepto el olor que no desaparecía, seguidamente se procedió con la limpieza de la pipeta, para luego introducir y obtener peróxido de hidrogeno, más conocido como agua oxigenada, para luego introducirlo dentro del tubo de ensayo también lentamente por las paredes del mismo, esta vez si hubo una reacción la cual se puede describir de la siguiente manera: Primero, se observó cómo se iba produciendo un gas blanco. Segundo, el color del líquido fue cambiando paulatinamente de transparente a un color azul.

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Tercero, se experimentó una ebullición dentro del tubo de ensayo que logro rebalsar, por lo tanto se produjo una elevada temperatura.  Níquel + ácido clorhídrico (concentrado) ( Ni+HCl).- para este experimento en el cual usamos el metal níquel de color plomo que también se introdujo dentro del tubo de ensayo y al igual que los anteriores experimentos se procedió con la misma técnica de manipulación de los materiales con respecto a los ácidos, en este caso con el ácido clorhídrico, no se pudo ver, sentir u oler ningún cambio o reacción química, solo la disolución del metal respecto al ácido y el aumento voluminoso.  Hierro + ácido nítrico (diluido) (Fe+HNO3).- y por último en esta combinación al igual que las otras, procedimos y manipulamos de la misma manera, pero en esta vez con el metal hierro de color gris y la combinación con el ácido nítrico con un olor notablemente fuerte, sofocante a lavandina, en cuanto logramos introducir el ácido dentro del tubo de ensayo con la ayuda de la pipeta previamente lavada, enseguida hubo una reacción química de cambio de color amarillento sin que este produzca ningún gas perecible. 4.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 2.- en este procedimiento se observó cómo algunos elementos químico- físicos iban sufriendo cambios de color mediante el acercamiento al fuego de un mechero Bunsen. Lo primero que se hizo fue reconocer la flama del mechero bunsen que al encenderla fue una coloración amarilla en la parte superior y en la superficie una coloración verde azul, para lo cual se disminuyó el gas para poder así obtener una flama transparente en la parte superior, una vez logrado este primer objetivo, para luego colocar los sales en la flama.  En el caso de la sal cloruro de litio una vez acercado el elemento al mechero mediante una varilla de vidrio nos dio un color rojo violeta.  El cloruro de bario mediante el acercamiento al fuego nos dio un color verde  El cloruro de calcio también acercado al fuego nos dio un color rojo naranja  En cuanto al cloruro de potasio nos dio un color violeta o lila.  El elemento cloruro cuproso nos da un color verde azul

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 El cloruro niqueloso fue un color naranja amarillo.  El magnesio este elemento ya no nos dio un color sino más bien hubo unas chispas eléctricas azules  El cloruro de sodio fue un color amarillo Una vez obtenido todos estos datos se procede al cálculo correspondiente para verificar la longitud de onda, con la frecuencia y la energía del fotón.

SUSTANCIAS COLOR DE FLAMA

LONGITUD FRECUENCIA DE ONDA λ (hz) (nm)

Efoton (J)

Li Cl Ba Cl 2

ROJO VIOLETA VERDE

480 560

6,20833E+11 4,11613E-22 5,32143E+11 3,52811E-22

Ca Cl 2 K Cl Cu Cl 2

ROJO NARANJA VIOLETA VERDE AZUL

640 460 530

4,65625E+11 3,08709E-22 6,47826E+11 4,29509E-22 5,62264E+11 3,72781E-22

NiCl 2 Na Cl Sr Cl 2

NARANJA AMARILLO AMARILLO ROJO CARMIN

600 590 670

4,96667E+11 3,2929E-22 5,05085E+11 3,34871E-22 4,44776E+11 2,94887E-22

5. DATOS Y RESULTADOS.o Li Cl

Ѵ= 6.20833x

hz Efo= h* Ѵ -34 Efo= 6.63 * 10 jul*seg *6.20833x Efo= 4,11613E-22 J o Ba Cl 2

hz

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Ѵ= 5.32143x

hz Efo= h* Ѵ -34 Efo= 6.63 * 10 jul*seg *5.32143x Efo= 3,52811E-22 J o Ca Cl2

Ѵ= 4,65625E+11 Efo= h* Ѵ Efo= 6.63 * 10-34 jul*seg *5.32143x Efo= 3,08709E-22 J o K Cl

Ѵ= 6,47826E+11 Efo= h* Ѵ Efo= 6.63 * 10-34 jul*seg *6,47826E+11 Efo= 4,29509E-22 J o Cu Cl2

Ѵ= 5,62264E+11 Efo= h* Ѵ Efo= 6.63 * 10-34 jul*seg *5,62264E+11 Efo= 3,72781E-22J o Ni Cl2

hz

hz

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Ѵ= 4,96667E+11 Efo= h* Ѵ Efo= 6.63 * 10-34 jul*seg *4,96667E+11 Efo= 3,2929E-22J o Na Cl

Ѵ= 5,05085E+11 Efo= h* Ѵ Efo= 6.63 * 10-34 jul*seg *5,05085E+11 Efo= 3,34871E-22J o Sr Cl2

Ѵ= 4,44776E+11 Efo= h* Ѵ Efo= 6.63 * 10-34 jul*seg *4,44776E+11 Efo= 2,94887E-22J

6. OBSERVACIONES Y DISCUSIÓN.- en esta nueva experiencia de soluciones o disoluciones de metales con ácidos, se pudo observar cuatro puntos importantes tanto en las reacciones químicas como el impacto en las personas. La primera observación en general notamos algo en común en todas las soluciones, el objetivo es que se cumple la disolución en todos los casos ya mencionados anteriormente. La segunda observación son los diferentes olores que tienen los ácidos y cómo estos van afectando a las reacciones que ocasionan al individuo, como en el caso del amoniaco con su olor penetrante y desagradable e inaguantable y el ácido nítrico, estos dos ácidos en particular son muy tóxicos para nuestro organismo.

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La tercera observación es el cambio de color en las diferentes soluciones, casos específicos de la mezcla del cobre (cu) combinado con el amoniaco(NH3) y el agua oxigenada (H2O2) que nos dio como resultado un color azul claramente visible, y la solución del hierro(Fe) con el ácido nítrico (HNO3).que cambio de un color cristalino a un color amarillento. Y por último se observó como la combinación de gases en el aula y la inhalación de estos o directamente con los ácidos, provoco el mal estar de una alumna que por culpa de estas combinaciones le obstruyo las vías respiratorias, lo cual hizo que entrara en una situación de desesperación por falta de oxígeno. 7. CONCLUSIONES.- en la primera etapa de este laboratorio pudimos concluir con la disolución de los elementos metálicos en función de los ácidos, por lo cual decimos que la teoría de disolución aplicándolo a la práctica es convincente y demostrable. En segunda instancia de esta experiencia al ir observando mediante la practica con el acercamiento de los elementos sales se puede detectar colores visibles al ser humano, por lo que es factible realizar los diferente s tipos de cálculos empleados en la teoría en especial calcular la energía que nos plantea la ecuación de Planck.

BIBLIOGRAFÍA http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo#El_n.C3.BAcleo_at.C3.B3mic o Juan Carlos Montaño química general tomo 1

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APÉNDICE