Reporte de la práctica 2 - Enlaces químicos - Final

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

MATERIA QUÍMICA BÁSICA

REPORTE DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO N°2

ENLACE QUÍMICO PRESENTAN:    

Esquivel Chávez Carlos Alberto López Balderas Javier Edgard Noriega Galeana Luis Roberto Soto Razo Guillermo GRUPO: 1CV5 EQUIPO: PLATINO

PROF. M.C. EDGAR ALEJANDRO BERROSPE 14/Septiembre/2012 1

ÍNDICE INTRODUCCIÓN…………………………………………………………..…….3 OBJETIVOS……………………………………………………………………...5 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA…………………………………………………...6 CONCLUSIÓN DE LA REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA………………………13 MATERIAL Y EQUIPO………………………………………………………...14 REACTIVOS………………………………………………………………........15 PROCEDIMIENTO……………………………………………………………..16 TABLA DE RESULTADOS…………………………………………………....18 ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………………………...19 CUESTIONARIO……………………………………………………………….20 OBSERVACIONES…………………………………………………………….21 CONCLUSIONES………………………………………………………….......23 REFERENCIA…………………..………………………………………………24

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INTRODUCCIÓN Los enlaces químicos son la fuerza interatómica que mantiene juntos a dos grupos de dos o más átomos iguales o diferentes y hacen que funcionen como una unidad más estable llamada moléculas o compuesto químico.

Ilustración 1 Enlace covalente de la molécula del agua.

Las sustancias en la naturaleza se mantienen unidas a través de la fuerza de atracción entre los iones o átomos formando las respectivas moléculas o cristales; tal fuerza se denomina enlace químico y fundamentalmente tal fuerza es de naturaleza electrostática, los cuales son responsables en gran medida de las propiedades físico-químicas de dichas sustancias o compuestos.

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Estos enlaces son también responsables de la atracción que ejerce una sustancia sobre otra; por ejemplo la sal se disuelve mejor en agua que en aceite, debido a las diferencias en los enlaces y otras muchas propiedades. Un compuesto, como ya se había mencionado, es toda sustancia formada por átomos de distinto tipo, generalmente pura, donde dichos átomos se encuentran enlazados en una combinación química en proporción fija y constante entre los elementos que lo conforman, los cuales han perdido sus propiedades originales y han adquirido nuevas propiedades del compuesto que han producido. Una molécula, es la parte más pequeña que se puede encontrar en un compuesto, que aún conserva sus propiedades y está formada por átomos y se representa con fórmulas químicas. Eléctricamente neutra que se comporta como una sola partícula; a una sustancia compuesta de moléculas se le llama sustancia molecular. Los coeficientes antes de una fórmula química indican la cantidad de moles (moléculas) de un compuesto, y los subíndices de una fórmula química indican la cantidad de átomos presentes en dicha fórmula. Clasificación de los diferentes tipos de enlaces químicos:     

Enlace iónico, electrovalente o salino. Enlace covalente: polar, no polar o puro, coordinado y múltiple. Enlace por puente de hidrógeno. Enlace metálico. Enlace por fuerzas de Vander Waals.

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OBJETIVOS



Observar las características físicas de los diferentes compuestos y elementos químicos que se emplearon en la práctica.



Determinar las propiedades físicas de los diferentes compuestos y elementos químicos empleados.



Clasificar de acuerdo a las propiedades y características de los elementos y compuestos a qué tipo de enlace corresponden.

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REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Enlace Iónico Este tipo de enlace se forma al unir un metal con un no metal, donde el metal transfiere sus electrones al no metal. Se forman compuestos químicos con las siguientes características:  Sólidos cristalinos, duros o frágiles.  Solubles en agua, en solución conducen la electricidad y el calor.  Si son insolubles pero fusionables, conducen la electricidad.  Insolubles en solventes orgánicos solubles en compuestos polares.  Los puntos de fusión y de ebullición son elevados.  Son inflamables, en solución son químicamente activos.  Fuerzas de enlace altas así como las fuerzas intermoleculares. Ejemplo: Sales (NaCl, BaS), óxidos metálicos, carbonos y bicarbonatos. En la ilustración 2, podemos apreciar el cambio que sufrieron los átomos del Sodio y del flúor después del enlace químico y como eran al principio. En el caso del sodio por alguna razón uno de sus átomos cedió un electrón lo que hace que el átomo ya no sea eléctricamente neutro, esto lo deja con una carga eléctrica de +1 convirtiéndolo en un catión monovalente (perdió solo un electrón) debido a que en el núcleo del átomo se conservan los 11 protones originales y perdió su único electrón del último orbital así que ya solo quedan dos niveles de energía el primer nivel con dos electrones y el segundo con 10 electrones (Se redujo el número de orbitales a dos).

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En el caso del átomo del flúor este tiene nueve protones en su núcleo y nueve electrones en sus orbitales, dos en su primer nivel de energía y siete el segundo nivel, después de que gana un electrón este ión se ha convertido en un anión por que ganó un electrón. Y como se ve en la figura ahora ya tiene ocho electrones su último orbital.

en

en

Ilustración 2. Enlace iónico covalente metálico.

Enlace covalente. Se realiza entre no metales, compartiendo electrones. Los compuestos covalentes tienen las siguientes características:  Se encuentran en los tres estados de agregación, únicamente serán gaseosos cuando el enlace es de tipo no polar.  Son insolubles en agua, la solución acuosa cuando algunos son solubles no permite la conducción de la electricidad.  Casi todos son combustibles.  Puntos de fusión intermedios y variables para los compuestos polares, para los no polares son muy bajos.  Incluye prácticamente todos los compuestos orgánicos.  Fuerzas de enlace e intermoleculares intermedias cuando el enlace es polar y muy bajas cuando el enlace es no polar. Ejemplo de sustancias con enlaces covalentes: agua, alcoholes, azúcares, grasas, aceites, perfumes, la mayor parte de las drogas y colorantes.

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Polaridad Una molécula polar o dipolo es aquélla donde la distribución de la carga eléctrica que presenta no es uniforme y por lo cual una región de la misma manifiesta carga negativa, mientras la otra presenta carga positiva, esta molécula puede presentar enlace covalente polar o no polar. Ejemplo: H2O, HCl, NaCl. La molécula no polar es aquélla donde la distribución de la carga eléctrica es uniforme y por lo tanto, no hay formación de polos. Ejemplo: CCl4, Cl2, I2 Se debe considerar en la polaridad de una molécula: la forma espacial de la molécula y el tipo de enlace entre átomo y átomo.

Enlace covalente polar (Heteropolar) Es realizado entre elementos no metálicos diferentes en el cual los electrones se comparten de manera desigual entre átomos con distintas electronegatividades. Son solubles en agua, tienen gran actividad química, solubles en solventes polares, sus puntos de fusión y de ebullición son bajos, pero más altos que las sustancias no polares y conducen la electricidad. Ejemplo: agua (H2O), ácido clorhídrico (HCl), anhídrido sulfuroso (SO2).

Ilustración 3. Enlace covalente polar.

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Enlace covalente no polar (Homopolar) Se realiza entre elementos no metálicos idénticos compartiendo electrones. Sus compuestos no son solubles en agua, su actividad química es media, forman moléculas verdaderas y diatómicas, no son conductores del calor y la electricidad y no forman estructuras cristalinas. Ejemplos: F2, Br2, I2, Cl2, etc. Enlace covalente coordinado o dativo Es la unión entre dos átomos mediante un par de electrones cedido por uno solo de los átomos y compartidos por los dos. No existe una diferencia real entre el enlace covalente y el covalente coordinado, más bien es una manera diferente de visualizar su formación. Ejemplo: ácido sulfúrico (H2SO4), cloruro de amonio (NH4Cl) Enlaces covalentes múltiples Cuando se presenta una simple covalencia entre dos átomos es por compartir un par de electrones, pero si son dos pares de electrones los que se comparte, entonces será una doble covalencia y se puede presentar hasta una triple covalencia. Ejemplo: Metano, Etileno H2C=CH2, Acetileno HC≡CH Donde: - Es una simple covalencia (enlace simple) = Es una doble covalencia (doble enlace) ≡ Es una triple covalencia (triple enlace)

Ilustración 4. Enlace que presenta una simple covalencia.

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Enlace por puente de hidrógeno Se trata de la atracción electrostática entre el protón combinado y el otro átomo de gran electronegatividad y volumen pequeño. El hidrógeno da lugar a enlaces covalentes de alta polaridad, implicando que cuando dos moléculas de estas interactúan lo hacen de manera selectiva, colocándose las cargas parciales de una molécula opuesta a las otras.

H – F ....... H – F ....... H – F Donde la línea punteada representa la interacción, denominada enlace por puente de hidrógeno. Este tipo de enlace proporciona características espectaculares, por ejemplo, al tratar de separar las moléculas (como en la evaporación) hay que proporcionar más energía, y la transición ocurre a temperaturas más elevadas que cuando no se presenta este tipo de enlace. Las sustancias con este tipo de enlace tienen puntos de fusión y de ebullición elevados, son líquidos de alto poder de disociación de los cristales iónicos. Ejemplo: agua (H2O), ácido fluorhídrico (HF), metanol (CH3OH), ácido desoxirribonucleico (ADN). Enlace metálico Éste se presenta en los metales y aleaciones al constituir cristales metálicos. Se forma una red cristalina de iones metálicos (elementos muy electropositivos) y en ella los electrones de valencia se intercambian rápidamente. Se acepta actualmente que en los metales el enlace no es entre átomo, sino más bien entre cationes metálicos y lo que fueron sus electrones, donde el comportamiento de electrones ocurre entre todos los núcleos metálicos, que poseen valores iguales de electronegatividad. El hecho de que los electrones estén des localizados explica por qué estos elementos son buenos conductores de calor y de la electricidad, ya que ambos fenómenos están asociados al libre movimiento de los electrones.

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Cuando un pedazo de metal se somete a presión externa, los cationes metálicos pueden “resbalar” unos sobre otros, debido a la capa de electrones que los separa; deformándose pero no rompiéndose, con lo cual se explica la maleabilidad y la ductilidad. Prácticamente todos los átomos metálicos se agrupan en diferentes estructuras metálicas. Se presenta la celda unitaria. Presentan puntos de fusión y ebullición generalmente elevados, brillo metálico, tenacidad, dureza, maleabilidad (laminados, estiraje, doblado), ductilidad (hilos, alambres), alta conductividad térmica y eléctrica. Ejemplo: Na, Au, Cu-Zn, aleaciones metálicas como bronce y latón. Enlace por fuerzas de Vander Waals En átomos o moléculas simétricas, la distribución de los electrones alrededor del núcleo o núcleos es homogénea. Sin embargo, esta homogeneidad es únicamente temporal, ya que los electrones no están quietos en un determinado lugar y además los núcleos vibran. Estos movimientos generan en un momento dado, la aparición de zonas con un exceso de carga negativa y otras con un defecto, o sea, la presencia de dipolos instantáneos. Estos dipolos hacen que una molécula simétrica distorsione también la distribución de las cargas eléctricas en las moléculas vecinas. Gracias a las fuerzas de Vander Waals, especies cuyos átomos o moléculas interactúan débilmente entre sí (como es el caso de los gases nobles, el O2 y el N2) pueden reunirse y condensarse como líquidos, aunque ello ocurra a temperaturas muy debajo de 0°C. Debido a su origen las fuerzas de Vander Waals, aumentan generalmente con el número de electrones presentes y con su movilidad.

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Tipos de enlaces de acuerdo con la diferencia de electronegatividades Se puede obtener el tipo de enlace de los compuestos a través de la escala de electronegatividades de pauli: Tipo de enlace = {Electronegatividad del elemento más electronegativo} – {Electronegatividad del elemento menos electronegativo} Por tanto, Es un enlace iónico sí la diferencia es mayor de 1.7. Una diferencia menor de 1.7 es un enlace covalente polar. Si no hay diferencia es un enlace covalente no polar.

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CONCLUSIÓN DE LA REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

Entonces podemos definir a los enlaces químicos como las fuerzas que mantienen unidos a dos o más átomos de elementos iguales o diferentes para formar moléculas; de acuerdo con lo anterior, se tiene que una molécula es una entidad química eléctricamente neutra, que se constituye por la unión de dos o más átomos por medio de enlaces químicos. También concluimos que el tipo de enlace químico presente en una sustancia química, determinan las propiedades físico-químicas de dicha molécula. Finalmente entonces todo esto que hemos revisado nos sirve para poder predecir el comportamiento de la materia y poder aprovechar al máximo sus propiedades físico-químicas mediante el conocimiento de los tipos de enlaces químicos de las sustancias.

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MATERIAL Y EQUIPO

a) 14 tubos de ensaye de 15cm x 2cm.

b) 3 pipetas graduadas de 10ml.

c) 1 Multímetro.

d) Medidor de Conductividad.

e) 1 Termómetro de (-10 - 110) °C.

f) 1 Mechero de bunsen.

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REACTIVOS

g) 1 Pinzas para tubo de ensayo.

h) Ácido benzoico.

i) Naftaleno.

j) Cloruro de Sodio.

k) Sulfato de Níquel.

l) Alcohol etílico.

m) Zinc y Cobre metálico. n) Agua. o) Sulfato de Zinc.

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PROCEDIMIENTO Estado físico 

Para el estado físico de las sustancias procedimos a observar y a obtener de modo directo e indirecto las características físicoquímicas de estos compuestos estas características fueron el color, el olor y la forma de cada una de las sustancias que fueron Naftaleno, Ácido Benzoico, Cloruro de Sodio, Sulfato de Zinc, Sulfato de Níquel, Cobre y Zinc.

Punto de fusión 

Para medir el punto de fusión de los compuestos procedimos a etiquetar cada uno de los tubos de ensayo con el nombre de los compuestos a los que se les iba a determinar su punto de fusión (Naftaleno y ácido benzoico). Los llenamos con naftaleno hasta una cuarta parte del tubo de ensaye, lo sujetamos con las pinzas para tubo de ensaye y calentamos acercándolo a la flama del mechero con movimientos circulares, hasta que observamos el cambio de estado sólido a líquido, durante el calentamiento cuidamos que la bica del tubo no estuviera dirigida hacia alguna persona, lo retiramos de la flama, e introducimos el termómetro asegurándonos de que el bulbo de este quedara inmerso en el Naftaleno. Repetimos el procedimiento anterior utilizando Ácido Benzoico. Y los puntos de fusión del resto de las sustancias las investigamos en tablas.

Solubilidad en solventes polares y no polares 

Para este punto etiquetamos por duplicado los tubos de ensaye con el nombre de cada una de las sustancias y formamos 2 series a las que les adicionamos un poco de cada una de las sustancias a los tubos de ensayo correspondientes, usando la cuchara de la espátula. Entonces a una serie de tubos le adicionamos 5ml de agua, a la otra serie de tubos le adicionamos 3ml de alcohol etílico y agitamos todos los tubos manualmente.

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Conductividad eléctrica 



Para determinar la conductividad eléctrica de los compuestos lo que hicimos fue, armar el medidor de conductividad, seleccionar los tubos de ensaye en los cuales las sustancias fueron solubles y registramos la conductividad en (µs) de cada disolución, cuidando de enjuagar el electrodo medidor cada vez que se tomaba la conductividad de una sustancia. Para determinar la conductividad eléctrica en estado metálico lo que hicimos fue efectuar la lectura con un Multímetro para esto pusimos un trozo de cobre sobre una superficie aislante, luego pusimos el cobre en contacto con las puntas del Multímetro en dos puntos separados entre sí aproximadamente por 2cm, el Multímetro fue fijado en la escala de medición de resistencia en ohm (Ω). Y por último repetimos el procedimiento con el Zinc.

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TABLA DE RESULTADOS Características y / o propiedades

Naftaleno C10H11

Ácido Benzoico C6H5COOH

Cloruro de sodio NaCl

Sulfato de Zinc ZnSO4

Sulfato de Níquel NiSO4

Cobre Cu0

Zinc Zn0

Color, olor, forma

Cristales blancos, olor fuerte a alcanfor

Cristales o polvo blanco, olor a acre

Cristales finos pulverizados, inodoro

Cristales o polvo blanco, inodoro

Cristales verdes y amarillos, inodoro

Color rojizo y brillo metálico, olor a hierro

Color blanco azulado , inodoro

Solubilidad en agua

No es soluble

Si es soluble

Muy soluble

Muy soluble

Muy soluble

Solubilidad en alcohol etílico

No es soluble

Si es soluble

Si es soluble

Ligeramente soluble

No es soluble

Punto de fusión

70°C

110°C

801°C

100°C

848°C

1084 °C

420 °C

Conductividad eléctrica en solución en agua

140 µs

405 µs

3999 µs

3113 µs

3999 µs

7 µs

1 µs

375 µs

7 µs

4 µs

Muy alta 58,108 × 106

16,6·106

Conductividad eléctrica en solución en alcohol Conductividad eléctrica en estado metálico µs

Ilustración 5. Tabla de resultados.

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ANÁLISIS DE RESULTADOS Observando los resultados obtenidos en nuestra experimentación, podemos analizar los casos como los de la conductividad eléctrica, punto de fusión, solubilidad, propiedades físicas. Conductividad eléctrica Para este caso podemos corroborar que la conductividad eléctrica es mejor en los metales esto se debe al tipo de enlace químico (enlace metálico) esta es una estructura en especial con muchos electrones que se mueven con gran rapidez, esto permite la alta conductividad eléctrica, a diferencia de compuestos con otros tipos de enlaces químicos. Punto de fusión Aquí podemos corroborar que el tipo de enlace químico, llamado (metálico) es muy fuerte, tanto que su red cristalina se llega a compactar demasiado provocando una elevada densidad, dureza, estabilidad y por su puesto un elevado punto de fusión. Solubilidad Esta parte también es notable ya que nos dimos cuenta que los metales son insolubles en casi todos los solventes polares y no polares. Propiedades físicas Quizás estos sean nuestros datos más fáciles de analizar, son a simple vista y notamos el brillo inconfundible de los compuestos metálicos. Y en ciertos casos ese olor característico del hierro, en los metales.

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CUESTIONARIO

1. De acuerdo con los resultados obtenidos, determine el tipo de enlace que posee cada una de las sustancias estudiadas. (Naftaleno, ácido benzoico, cloruro de sodio, sulfato de zinc, sulfato de níquel, cobre, zinc).

2. Investigue los puntos de fusión de las siguientes sustancias: Cloruro de sodio, sulfato de zinc, sulfato de Níquel, cobre y zinc. Cloruro de sodio NaCl 801°C

Sulfato de Zinc ZnSO4 100°C

Sulfato de Níquel NiSO4 848°C

Cobre Cu0 1084 °C

Zinc Zn0 420 °C

3. Explique por qué los compuestos iónicos son tan duros pero a la vez frágiles.

4. A que se debe que los compuestos covalentes sean insolubles en agua.

5. A que se debe la maleabilidad y conductibilidad en los metales. La maleabilidad de los metales se debe a la distribución de sus cargas positivas y negativas. La conductividad eléctrica se debe al tipo de enlace químico (enlace metálico) esta estructura tiene muchos electrones que se mueven con gran rapidez, esto permite la alta conductividad eléctrica. 20

OBSERVACIONES

1. La práctica la empezamos revisando el estado físico de los reactivos así que procedimos a observar y a obtener de modo directo las características físico-químicas de estos compuestos como el color, el olor y la forma de cada una de las sustancias, tuvimos algunos problemas al principio en la asociación del olor de los compuestos, no podíamos identificar el olor.

2. Después medimos el punto de fusión de los compuestos, para esto calentamos los reactivos en la flama del mechero hasta que observamos el cambio de estado sólido a líquido, aquí tuvimos el problema que después de un rato, la sustancia se enfrió y cristalizó así que tuvimos que volver a calentar la sustancia hasta que se derritiera para limpiar los recipientes.

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3. Posteriormente evaluamos la solubilidad de los reactivos en solventes polares y no polares, aquí tuvimos ciertos problemas al tratar de adicionamos 5ml de agua, a una serie de tubos y a la otra 3ml de alcohol etílico ya que las pipetas no eran de muy buena calidad, después mesclamos todos los tubos manualmente.

4. Subsiguientemente tomamos lectura de la conductividad eléctrica de los compuestos, armamos el medidor de conductividad, seleccionamos los tubos de ensaye en los cuales las sustancias fueron solubles y registramos la conductividad en (µs) de cada disolución, aquí tuvimos algunos problemas con la lectura de conductividad ya que la medición no quedaba fija, estaba fluctuando constantemente.

Para determinar la conductividad eléctrica en estado metálico lo que hicimos fue efectuar la lectura con un Multímetro en esta ocasión no tuvimos inconvenientes. En nuestra opinión la práctica se desarrollo dentro de todas las normas y estándares deseables de un nivel licenciatura, fue muy ilustrativa, didáctica con los imprevistos aceptables y nos ayudo a comprender mejor los temas de clase aplicados a la naturaleza. 22

CONCLUSIONES

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Cumplimos con nuestro objetivo de observar las características físicas de los diferentes compuestos que se nos asignaron la práctica.



Efectuamos con éxito la determinación de las propiedades físicas de los compuestos y elementos químicos empleados en la práctica.



Consumamos la clasificación del tipo de enlace al que pertenecen cada uno de los diferentes compuestos que manejamos esto gracias a la observación y determinación de las propiedades y características de los mismos.

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REFERENCIA La información que obtuvimos fue por medio de diversas fuentes, tales como libros, artículos científicos, de nuestra propia clase de química, documentos en línea, asimismo, de la práctica realizada en el laboratorio.

Bibliografía COLEGIO NACIONAL DE MATEMÁTICAS. (2011). Fundamentos para el Examen de ingreso al Nivel superior Politécnico. México, CONAMAT.

http://www.conevyt.org.mx/cursos/cursos/cnaturales_v2/interface/main/recu rsos/antologia/cnant_3_13.htm

http://www.genomasur.com/BCH/BCH_libro/capitulo_01.htm

http://www.ecosur.net/Sustancias%20Peligrosas/acido_benzoico.html

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