Pre-Laboratorio #4 Incineración de Metales (Jose Carlos Figueroa, 1143512)

Facultad de Ingeniería Ing. Luis Gonzalo Rosales Química I

“Incineración de metales para la determinación de diferentes emisiones de luz”

Jose Carlos Figueroa M. Carnet: 11435-12 Sección: 01 Guatemala, marzo 13 de 2012

INDICE

Incineración de metales para la determinación de diferentes emisiones de luz

Introducción ....................................................................................................................1 Fundamento teórico ................................................................................................... 2-5 Metales ..................................................................................................................2 Propiedades de los metales ...................................................................................2 Estructura electrónica ............................................................................................2 Radiación electromagnética ...................................................................................2 Longitud de onda y frecuencia ..............................................................................2 Espectros atómicos ................................................................................................3 Emisiones de luz ....................................................................................................3 Tablas ....................................................................................................................5 Objetivos .........................................................................................................................5 Metodología ....................................................................................................................6 Referencias bibliográficas .............................................................................................6

INTRODUCCIÓN

En la próxima práctica, se pretende demostrar y explicar diferentes emisiones de luz por medio de un experimento que se llevará a cabo en el laboratorio. El experimento consta en incinerar dos metales, una cinta de cobre y una de magnesio y se realizará con la ayuda del Mechero de bunsen, beacker, pinzas, probeta y ácido clorhídrico. El cobre y el magnesio (metales) son elementos que son buenos conductores de calor y electricidad. Las emisiones de luz, se lograrán demostrar gracias a las propiedades de estos metales, ya que los metales al calentarse a altas temperaturas emiten una luz (visible) de cierto color, y este color dependerá del metal que se esté calentando. La luz que será producida está relacionada con el espectro de luz, ya que al momento que se calienta los metales, algunos de sus electrones son excitados a niveles de energía superiores, estos regresan inferiores, emitiendo la energía en fotones (cantidad mínima de energía de la luz u otra radiación electromagnética) o cuantos de luz. El color dependerá de la energía. La luz azul es más energética que la luz roja. El estudiante tendrá la oportunidad de ver emisiones de luz que tienen diferentes metales, para poder profundizar en los espectros de luz. FUNDAMENTO TEÓRICO METALES Son el grupo de elementos químicos que presentan todas o gran parte de propiedades físicas. Los metales pueden combinarse con otros elementos formando compuestos, disoluciones y mezclas. Formando aleaciones (mezcla de metales) y amalgamas (aleaciones de mercurio con otros elementos metálicos). PROPIEDADES DE LOS METALES PROPIEDADES FISICAS:      

El punto de fusión de los metales varía entre los -39 °C y los 3.410 °C. Son buenos conductores de electricidad y calor. Dureza o resistencia a ser rayados. Elasticidad o capacidad de volver a su forma original después de sufrir deformación. Maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por la acción del martillo Ductilidad o posibilidad de deformarse sin sufrir roturas. 1

PROPIEDADES QUÍMICAS:   

Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos. Los metales tienen energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes.

ESTRUCTURA ELECTRÓNICA: 

En 1928, el físico alemán Arnold Sommerfeld propuso que los electrones en los metales se encuentran en una disposición cuántica en la que los niveles de baja energía disponibles para los electrones se hallan casi completamente ocupados.



Esta teoría dice que todo átomo de metal tiene un número limitado de electrones de valencia para unirse a los átomos vecinos. Para ello se requiere un amplio reparto de electrones entre los átomos individuales. El reparto de electrones se consigue por la superposición de orbitales atómicos de energía equivalente con los átomos adyacentes.

RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA 

Son ondas producidas por la oscilación o la aceleración de una carga eléctrica. Las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos.



La radiación electromagnética se puede ordenar en un espectro que se extiende desde ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas) hasta frecuencias muy bajas (longitudes de onda altas).

LONGITUD DE ONDA Y FRECUENCIA 

La longitud de onda es la distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que tienen el mismo estado de vibración. Representa un concepto fundamental en la resolución de cualquier tipo de movimiento ondulatorio.



La frecuencia indica el número de veces que se repite en un segundo cualquier fenómeno periódico. La velocidad de la onda y su frecuencia y longitud de onda están relacionadas entre sí. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia y directamente proporcional a la velocidad.

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ESPECTROS ATÓMICOS 

Los espectros atómicos son conjunto de líneas que se obtienen al descomponer las radiaciones electromagnéticas emitidas por un elemento químico que ha sido excitado previamente, ya sea mediante calor o mediante corriente eléctrica.

ESPECTRO CONTINUO  Cuando se descompone la luz blanca del sol con la ayuda de un prisma, se observa un abanico de colores. Se dice que la luz blanca posee un espectro continuo porque se pasa de un color al otro sin interrupción en la sucesión de colores. ESPECTROS DE LINEA  Es un espectro en el que está concentrada la energía en varias frecuencias (líneas o bins), opuesto a un espectro continuo, donde la energía está repartida en una banda de frecuencias. Una señal determinista tendrá un espectro de líneas, y una señal aleatoria tendrá un espectro continuo. EMISIONES DE LUZ 

Los electrones tienen mayor energía cuanto más alejados se encuentran del núcleo. Debido a este hecho, cuando en electrón pasa de una órbita externa a otra más cercana al núcleo, emite energía en forma de luz. Esta energía emitida es lo que llamamos espectro de emisión del átomo.



Los metales al calentarse emiten una luz de cierto color, esta luz está relacionada con el espectro de luz que es cuando los sólidos de calientan emiten radiación que observamos como el brillo y la distribución de longitudes de onda de la radiación depende de la temperatura.

El MAGNESIO reacciona con los ácidos, y cuando se calienta a unos 800 ºC reacciona también con el oxígeno y emite una luz blanca radiante. El COBRE arde y durante la incineración el color que genera es azul-celeste INCINERACIÓN  Es la combustión completa de la materia orgánica hasta su conversión en cenizas, comúnmente es en el tratamiento de basuras: residuos sólidos urbanos, industriales peligrosos y hospitalarios, entre otros. 

Los procesos de incineración son descritos como tratamientos térmicos.

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Tabla No. 1 Incineración de metales para la determinación de diferentes emisiones de luz Equipo Descripción Cantidad Mechero de 1 Bunsen

Cristalería Descripción Cantidad Beaker de 250 1 mL Pinza para 1 tomar los listones Probeta de 25 mL

Reactivos y Materiales Descripción Cantidad Listón de 1 magnesio Listón de cobre 1

Ácido Clorhídrico 1M

25 mL

Tabla No. 2 Propiedades físicas y químicas de los reactivos Masa molar

Compuesto

Fórmula

Ácido clorhídrico

HCl

36.46 g/mol

Cobre

Cu

63.546 g/mol

Magnesio

Mg

24.305 g/mol

Densidad 1190 (solución 37%), 1160 (solución 32%), 1120 (solución 3 25%) kg/m ; 3 1.12 g/cm 3 3 8960 kg/m

1738 kg/m

3

Punto de fusión 247 K (-26 °C)

1357,77 K

Punto de ebullición 321 K (48 °C)

4

923 K

4

Solubilidad en Agua 67; 20 ºC. La actividad biológica del Acido Clorhídrico está asociada con su alta solubilidad en agua. La reacción clásica del Acido Clorhídrico con agua se reporta como: + HCl + H2O  H3O + Cl

3200 K

1363 K

Solubilidad

Es soluble en el acero hasta 0,40%, se recomienda no pasar este límite en los aceros destinados a conjuntos soldados, ya que este elemento es un factor de agrietabilidad en estado libre, y por tanto, en concentraciones mayores del 0,50%. El magnesio no se encuentra en la naturaleza en estado libre (como metal), sino que forma parte de numerosos compuestos, en su mayoría óxidos y sales; es insoluble.

Tabla No.3 Toxicidades Compuesto Ácido clorhídrico

Dosis letal Dosis Letal Media (DL50) de 900 mg/kg por vía oral en conejos; Concentra ción Letal Media (LC50) de 3.124

Toxicidad

Derrame

Antídoto

Reactividad

En el caso de exposiciones agudas, los mayores efectos se limitan al tracto respiratorio superior. Este ácido es un irritante severo de los ojos y su contacto con ellos puede causar quemaduras, reducir la visión o, incluso, la pérdida total de ésta. Produce corrosión de

Derrames menores pueden ser neutralizados con ceniza de soda. El material líquido puede ser removido con bomba o camión de aspirado. Mantenga el material alejado de cursos de agua y alcantarillado. Este material es ácido y

No aplica.

Evite el calor, llamas, chispas o cualquier otro agente de ignición (fuego). No agregue agua directamente sobre el material. El contacto con agua producirá una fuerte reacción exotérmica con salpicadura. En contacto con metales puede liberar gas hidrógeno inflamable.

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Cobre

Magnesio

ppm/hora.

las membranas mucosas de la boca, esófago y estómago. Los síntomas que se presentan son: disfagia, náuseas, vómito, sed intensa y diarrea.

No aplica.

La inhalación del polvo de cobre puede producir irritación de la mucosa nasal, ocasionalmente de la faringe y en casos extremos ulceración del tabique nasal. Irritación a la piel y a los ojos cuando se tiene contacto. La inhalación causará la irritación a los pulmones y a la membrana mucosa. La irritación a los ojos causará el lagrimeo y enrojecimiento. . El enrojecimiento, el descamarse y la comezón son características de la inflamación de la piel. Siga las prácticas seguras de la higiene industrial y use siempre el equipo protector al manejar este compuesto.

puede bajar el pH de las aguas superficiales con una baja capacidad de tampón. Las fugas deben informarse, si es necesario a los organismos pertinentes. Recógase mediante pala u otro medio adecuado. No requiere otras medidas especiales en caso de vertido accidental. Utilice ropa protectora y equipo recomendados. Limpie los derramamientos de una manera que no disperse el polvo en el aire. El área del derramamiento se puede lavar con agua. Recoja el agua utilizada para su destrucción. Evite que se mezcle con las aguas del subsuelo y ríos.

No aplica.

El cobre es un producto estable en condiciones normales.

No aplica.

Establo bajo condiciones de ordinarias el uso y almacenaje. Polimerización Peligrosa: No ocurrirá Incompatibilidades: Con los Ácidos, Cloruros Ácidos, Agentes Oxidantes Fuertes, Reacciona Violentamente Con: Los Halógenos, Solventes Tratados Con Cloro, Sensibles a la Ventilación y a la Humedad.

OBJETIVOS 

Observar las emisiones de luz de los metales (magnesio y cobre).



Determinar de forma experimental la coloración de la llama que se obtiene al incinerar diversos metales (Magnesio y Cobre). o Calentar el listón de magnesio y cobre con la ayuda del mechero de bunsen, colocando las cintas debajo de la llama. o Anotar observaciones.

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METODOLOGÍA

INICIO Poner la cinta de magnesio en la llama y retirarla.

Poner la cinta de cobre bajo la llama.

Introducir la cinta de cobre en el HCl

Colocar el cobre de nuevo sobre la llama

Repetir 4 veces.

Anotar observaciones.

FIN REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

"Radiación electromagnética." Microsoft® Student 2008 [DVD]. Microsoft Corporation, 2007.



“Propiedades de los metales”. Consultado en internet el 05/03/2012, 5:30 pm en: http://quimicalibre.com/propiedades-de-los-metales/



“Los electrones en los átomos”. Consultado en internet el 05/03/2012, 5:30 pm en: http://personales.ya.com/casanchi/fis/espectros/espectros01.htm

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