INFORME Nº 04 - Configuracion Electronica El Espect. de Los Elementos

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PRACTICA DE LABORATORIO Nº 06 CONFIGURACION ELECTRONICA Y ESPECTROS DE LOS ELEMENTOS I.

OBJETIVOS:  Explicar cualitativamente las características del espectro de emisión que se produce cuando algunas sustancias son expuestas a la llama del mechero Bunsen y el estudio de esta característica relacionando con la configuración.  Establecer los efectos producidos por la influencia del calor.  Introducir el análisis espectral cualitativo.

II.

FUNDAMENTO TEORICO: Los espectros de los elementos, son formas de energía que el elemento absoluto absorbe o emite cuando se produce saltos de electrones entre niveles de energía, constituye las huellas digitales de los elementos, de tal forma que cada elemento posee una serie única de longitudes de onda de absorción y emisión. Mientras que el espectro de energía radiante se obtiene por el análisis al espectroscopio de la luz u otra fuente de energía radiante, los espectros de emisión de los elementos, se pueden obtener al excitar un átomo (pasar el átomo desde su configuración al estado basal a una configuración momentánea, saltando alguno de sus electrones a niveles más extremos ), por medio de la llama o un arco eléctrico, así cuando se calientan sales como NaCl, estas sustancia se vaporizan, convirtiéndose al mismo tiempo los iones en átomos que además están excitados: Energía térmica + Naᶧ Clˉ (solido) → Na (vapor) Cl →Naᶧ (vapor) + Clᶧ Dónde: ᶧ: estado excitado. El análisis espectral cualitativo está basado en el hecho de que los átomos, al ser excitados, emiten una luz característica y al ser analizado en un aparato llamado espectroscopio, revela estar constituida por una serie de líneas características bien determinadas de longitud de onda constante. La explicación del origen de estas líneas características es la siguiente. Al excitar, suministrando energía a un átomo, se puede “elevar” a orbitas más alejadas del núcleo, a niveles energéticos más altos; electrones que normalmente se encuentran en orbitas cercanas a él y más bajos de energía. El estado de excitación de un átomo es fugas y los otros electrones así desplazados vuelven nuevamente a sus orbitas normales, energéticamente más- bajas a la vez que desprenden en forma de ondas luminosas monocraticas la energía absorbida. La frecuencia (v) o la longitud de onda (⍺) de la luz emitida está dada:

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𝜺𝟏 − 𝜺𝟐 =

𝒉𝒄 ⍺

Dónde: H =constante de Planck =6,6256*10 ^ (-34) C = velocidad de la luz en el vacío = 2,9979*10 ^8 ⍺ = longitud de onda de la luz emitida Además: ⍙E = hv 2

V = frecuencia De esto se deduce que cada transición de un nivel de energía a otro corresponde a una longitud de onda definida, determinando diversidad de espectros de los átomos según la energía de excitación aplicada, tales como la llama, el arco eléctrico o chipa eléctrica. Color ⍺ (nm)

Violeta

Azul

Verde

Amarillo

Naranja

Rojo

395

455

490

515

590

650

455

490

515

590

650

750

Los espectros de muchos átomos en el análisis cualitativo corriente se descubren con el espectroscopio ordinario y la llama del mechero Bunsen; los espectros obtenidos son muy simples y fáciles de distinguir. Para un cierto proceso de excitación, una molécula absorbe una pequeña cantidad de energía, es decir absorbe radiación de una sola frecuencia. Si este fuera el caso de todas las moléculas de una sustancia, se absorbería una serie de líneas de absorción, sin embargo, en un grupo de moléculas existen en varios estados vibraciones y rotacionales y cada estado difiere del otro en una cantidad de energía relativamente pequeña. Así un gripo de moléculas absorbe energía en una región restringida y da origen a una banda de absorción o pico. Elemento Li Na k Rb Cs

Color de llama Rojo carmín Amarillo Lila Rojo azulado azul

Elemento Ca Sr Ba Cu

Color de llama Rojo naranja Escarlata Verde limón Verde esmeralda

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III.

PARTE EXPERIMENTAL: MATERIALES  Luna de reloj  Mechero Bunsen  Alambre de platino y nicrom  Vaso precipitado REACTIVOS  HCl

 CaCl2

 NaCl

 SrCl2

 KCl

 CoCl2.6H2O

 LiCl

 NiCl2.6H2O

 MgCl2

 CuO

 BaCl2

IV.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 1. Primeramente se prepara la muestra, en una luna de reloj, siempre manteniendo el orden. 2. Encienda el mechero Bunsen, regule una llama no luminosa. 3. Coloque el extremo enrollado de unos de los alambres de nicrom en la parte más caliente (zona de mayor temperatura o cono externo) de la llama. Observe el color amarillo que se produce, será necesario eliminarlo, para lo cual introducir en HCl y llevar a la llama observando la coloración. 4. Estando al rojo el alambre inmediatamente, tomar una pequeña cantidad de sustancia sólida. Introducir en la zona de temperatura baja de la llama y observar la coloración. 5. Pasado cierto tiempo pasar a la zona de temperatura más alta de la llama y observar a la coloración. 6. Repetir el experimento con las otras muestras. 7. Realizar los esquemas de procedimiento por cada muestra observando: primero el color de la muestra, el color o la llama de temperatura baja y temperatura alta. 8. Elaborar un cuadro de resultados.

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V.

CÁLCULOS Y RESULTADOS Tabla de combustión y estudio de la llama

Tipo de combustión Completa Completa

Reacción química CuO + H2O NaCl + H2O

Tipo de llama Verde Amarillo

Características No conduce electricidad Buen conductor de corriente eléctrica

Tabla de ensayos de la llama Muestra

Color de llama

HCl BaCl2 SrCl2 MgCl2

VI.

Elemento posible H Ba Sr Mg

Azul verde Azul verde Rojo Naranja

Longitud de onda (nm) 507nm 505nm 735nm 665nm

Energía (joule) 3.971e-26 3.987e-26 2.739e-26 3.0324e-26

Frecuencia (Hz) 5.917*1014 5.940*1014 4.081*1014 4.5112*1014

CUESTIONARIO 1. ¿Qué es el color? es una percepción visual que se genera en el cerebro de los humanos y otros animales al interpretar las señales nerviosas que le envían los foto-receptores en la retina del ojo, que a su vez interpretan y distinguen las distintas longitudes de onda que captan de la parte visible del espectro electromagnético (la luz). Todo cuerpo iluminado absorbe una parte de las ondas electromagnéticas y refleja las restantes. Las ondas reflejadas son captadas por el ojo e interpretadas en el cerebro como distintos colores según las longitudes de ondas correspondientes. El ojo humano sólo percibe las longitudes de onda cuando la iluminación es abundante. Con poca luz se ve en blanco y negro. En la denominada síntesis aditiva (comúnmente llamada "superposición de colores luz") el color blanco resulta de la superposición de todos los colores, mientras que el negro es la ausencia de color. En la síntesis sustractiva (mezcla de pinturas, tintes, tintas y colorantes naturales para crear colores) el blanco solo se da bajo la ausencia de pigmentos y utilizando un soporte de ese color mientras que el negro es resultado de la superposición de los colores cian, magenta y amarillo. 2. ¿Por qué los metales alcalinos y alcalinos térreos presentan bandas de emisión? En Espectroscopia de Emisión Atómica la cantidad física que es usada para caracterizar y medir la concentración que será determinada, se refiere como intensidad Los métodos espectroscópicos atómicos se basan en la interacción entra la radiación electromagnética y la materia (fenómenos de absorción, emisión y fluorescencia por

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parte de átomos o iones). La espectroscopia de emisión atómica (E.E.A.), es un método instrumental de análisis químico, que se fundamenta en el estudio de la radiación emitida por átomos en todas las regiones del espectro. Cuando estos absorben energía, se excitan y en dicho estado permanecen un tiempo muy corto (del orden de 10-6 s.), luego el átomo o molécula vuelve a su estado fundamental o no excitado emitiendo el sobrante de energía en forma de luz o cuantos luminosos (Pombo, 1984; Ewing, 1990). Esto ocurre cuando una muestra es sometida a una descarga eléctrica suministrada por una fuente de excitación. Según lo expresado por Catasús (Catasús, 1985) y Burriel (Burriel, 2003) el proceso descrito puede expresarse de acuerdo a la condición de frecuencia de Bohr (postulado propuesto por este científico, como parte de su teoría sobre el átomo en 1913). Si E1 y E2 son los estados inicial y final respectivamente, la energía emitida se expresará como: 𝑬𝟏 − 𝑬𝟐 = 𝒉 ∗ 𝜸𝟏𝟐 Donde h: constante de Planck 𝜸𝟏𝟐 : Frecuencia de la radiación emitida 3. ¿Qué se entiende por fotón y cuánto? Es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio. El fotón tiene una masa invariante cero, y viaja en el vacío con una velocidad constante. Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo"). Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la cancelación por interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interactúa con la materia para transferir una cantidad fija de energía, que viene dada por la expresión.

𝑬=

𝒉∗𝒄 =𝒉∗𝒗 𝝀

Donde h: Es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz. 𝝀 : Es la longitud de onda. 𝒗 : La frecuencia de la onda. Esto difiere de lo que ocurre con las ondas clásicas, que pueden ganar o perder cantidades arbitrarias de energía. Para la luz visible, la energía portada por un fotón es de alrededor de 4×10– 19 julios. INFORME N° 04 - CONFIGURACION ELECTRONICA Y ESPECTROS DE LOS ELEMENTOS ASIGNATURA: LABORATORIO DE QUIMICA APLICADA

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4. ¿Qué es la fluorescencia y la fosforescencia? La fluorescencia. Es un tipo particular de luminiscencia, que caracteriza a las sustancias que son capaces de absorber energía en forma de radiaciones electromagnéticas y luego emitir parte de esa energía en forma de radiación electromagnética de longitud de onda diferente. La energía total emitida en forma de luz es siempre menor a la energía total absorbida y la diferencia entre ambas es disipada en forma de calor. En la mayoría de los casos la longitud de onda emitida es mayor -y por lo tanto de menor energía- que la absorbida, sin embargo, si la radiación de excitación es intensa, es posible para un electrón absorber dos fotones; en esta absorción bifotónica, la longitud de onda emitida es más corta que la absorbida, sin embargo en ambos casos la energía total emitida es menor que la energía total absorbida. La fosforescencia Es el fenómeno en el cual ciertas sustancias tienen la propiedad de absorber energía y almacenarla, para emitirla posteriormente en forma de radiación. A aquellos elementos que ofrecen fosforescencia se les conoce como foto-reactivos, es decir que requieren luz para obtener la propiedad, es un elemento de la foto-sensibilidad que por medio de la radiación adquieren la energía necesaria para almacenarla y exponerla posteriormente. El mecanismo físico que rige este comportamiento es el mismo que para la fluorescencia, no obstante la principal diferencia con ésta es que hay un retraso temporal entre la absorción y la reemisión de los fotones de energía. En la fosforescencia, las sustancias continúan emitiendo luz durante un tiempo mucho más prolongado, aun después del corte del estímulo que la provoca, ya que la energía absorbida se libera lenta (incluso muchas horas después) y continuamente. 5. Según la teoría moderna. ¿cómo se originan las líneas espectrales? Una línea espectral es una línea oscura o brillante en un espectro uniforme y continuo, resultado de un exceso o una carencia de fotones en un estrecho rango de frecuencias, comparado con las frecuencias cercanas. Cuando existe un exceso de fotones se habla de una línea de emisión. En el caso de existir una carencia de fotones, se habla de una línea de absorción. El estudio de las líneas espectrales permite realizar un análisis químico de cuerpos lejanos, siendo la espectroscopia uno de los métodos fundamentales usados en la astrofísica, aunque es utilizada también en el estudio de la Tierra. 6. Diferencie entre los espectros de emisión y espectros de absorción ESPECTROS DE EMISIÓN: Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones emitidas por un cuerpo previamente excitado. Se dividen en Continuos y Discontinuos:

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

Los espectros de emisión continuos se obtienen al pasar las radiaciones de cualquier sólido incandescente por un prisma. Todos los sólidos a la misma Temperatura producen espectros de emisión iguales.



Los espectros de emisión discontinuos se obtienen al pasar la luz de vapor o gas excitado. Las radiaciones emitidas son características de los átomos excitados.

ESPECTROS DE ABSORCIÓN: Son los espectros resultantes de intercalar una determinada 7

sustancia entre una fuente de luz y un prisma También se dividen en continuos y discontinuos: 

Los espectros de absorción continuos se obtienen al intercalar el sólido entre el foco de radiación y el prisma. Así, por ejemplo, si intercalamos un vidrio de color azul quedan absorbidas todas las radiaciones menos el azul.



Los espectros de absorción discontinuos se producen al intercalar vapor o gas entre la fuente de radiación y el prisma. Se observan bandas o rayas situadas a la misma longitud de onda que los espectros de emisión de esos vapores o gases.

7. Dibujar las partes del mechero Bunsen.

8. Si la línea espectral del hidrogeno tiene una longitud de onda de 410nm. Cuál es su energía en Kcal/mol. Solución:

𝑬=

𝒉𝒄 = 𝒉𝒗 𝝀

Remplazando. 𝑬=

𝟔, 𝟔𝟐𝟔𝟎. 𝟏𝟎−𝟑𝟒 𝒋. 𝒔. 𝟑. 𝟏𝟎𝟖 𝒎/𝒔 = ℎ𝑣 𝟒𝟏. 𝟏𝟎−𝟖 𝒎

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𝑬=

𝑬 = 𝟒, 𝟖𝟒. 𝟏𝟎−𝟑𝟓 𝐣. 𝟎,

𝟔, 𝟔𝟐𝟔𝟎. 𝟏𝟎−𝟑𝟒 . 𝟑. 𝟏𝟎𝟖 𝒋 𝟒𝟏. 𝟏𝟎−𝟖

𝟐𝟒𝐜𝐚𝐥 𝐊𝐜𝐚𝐥 = 𝟏, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑𝟓 𝐜𝐚𝐥 = 𝟏, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑𝟖 𝐣 𝐦𝐨𝐥

Rpta: = 𝟏, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑𝟖

VII.

𝐊𝐜𝐚𝐥 𝐦𝐨𝐥

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:  UNAM: Varios Autores. 1994. Química General: Laboratorio y Taller. UNAM-SITESA. México.  Frías, O. M.C. y Colab. 1990. Manual de Química Experimental I y II. UJAT. México.  CHANG, Raymond: (2002) “Química Experimental”. 3ra Edición. Editorial San Marcos. Lima - Perú.  R. Chang. "Química". 1999. McGraw-Hill, México.  Química. Problemas y ejercicios de aplicación para Química. Autor: Coba, Yael Editorial: Eudeba Edición: 1º-2010 ISBN : 978-950-23-1702-1 página 27.  Rodríguez, Santos, E. 1980. Técnica Química de Laboratorio. 4º edición. Gustavo Gilli. Madrid 

Bermejo Barrera. M del Pilar. Química analítica general, cuantitativa e instrumental.

 Álvarez Jiménez, M. D. y Gómez del Río, M. I. Guía Didáctica Química Analítica II. UNED. 1999.  Bermejo Barrera. M del Pilar. Química analítica general, cuantitativa e instrumental. Editorial Paraninfo. 7ma Edición. ISBN: 8428318093. 1990.  Burriel, M.F., Lucena, C.F. Química Analítica Cuantitativa. Edición Revolucionaria. La Habana.1978.

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