QUMICA UNIVERSITARIA

PRCTICA No. 1

ENSAYOS A LA FLAMA

(PRUEBAS ESPECTROSCPICAS)

Dra. Ma. de Guadalupe Garca Hernndez

Objetivo

Aplicar el uso de espectros de emisin para identificar algunos compuestos por la peculiar coloracin que comunican a la flama.

Consideraciones tericas

En determinadas condiciones, los cuerpos emiten energa en forma de radiacin electromagntica. Tambin los cuerpos absorben la radiacin que emiten otros cuerpos, asimilando energa.

Cmo medir la radiacin emitida o la radiacin absorbida por los cuerpos? Un aparato capaz de obtener el espectro de una radiacin, es decir, de separar la radiacin en sus componentes, se llama un espectroscopio. Si el aparato es capaz de fotografiarla se llama un espectrgrafo, y si es capaz de medirla diremos que se trata de un espectrmetro. Cuando es capaz de medir tambin la intensidad de la radiacin, se llama espectrofotmetro.

La principal emisin de radiacin de los cuerpos es la radiacin electromagntica en forma de luz visible. Se dice que el arco iris es el espectro de la luz visible procedente del Sol. En el ejemplo del espectro constituido por el arco iris, son las gotas de lluvia y el aire atmosfrico lo que hacen de espectroscopio.

La longitud de onda de la radiacin puede ser desde muy pequea, en el caso de la llamada radiacin gamma, hasta muy grande en las ondas de radio. Se mide, pues, usando desde nanmetros y Angstrom hasta cientos de metros. Las radiaciones que van desde el violeta al rojo se dice que forman el espectro visible, pues procede de la descomposicin de la luz blanca. Las radiaciones de longitud de onda inferior al violeta se llaman radiacin ultravioleta, rayos X, y rayos gamma, por orden decreciente en la longitud de onda. Las radiaciones de longitud de onda superior al rojo son las denominadas: infrarrojo, microondas y ondas de radio y televisin, por orden creciente en longitud de onda.

Espectros de emisin y espectros de absorcin. Cuando un elemento irradia energa, no lo hace en todas las longitudes de onda. Solamente en aquellas de las que est provisto. Esas longitudes de onda sirven para caracterizar, por tanto, a cada elemento. Tambin ocurre que cuando un elemento recibe energa, no absorbe todas las longitudes de onda, sino solo aquellas de las que es capaz de proveerse. Coinciden, por tanto, las bandas del espectro en las que emite radiacin con los huecos o lneas negras del espectro de absorcin de la radiacin, como si un espectro fuera el negativo del otro.

Se acostumbra llamar cuerpo negro al cuerpo ideal que absorbe todas las longitudes de onda y, por consiguiente, emite radiacin tambin a todas las longitudes de onda. Sera, en definitiva, un emisor perfecto de radiacin. A cada temperatura emitira una cantidad definida de energa por cada longitud de onda.

El fracaso en el intento de explicar la radiacin del cuerpo negro desde los conceptos de la Fsica, condujo al descubrimiento de Planck de que la emisin de energa (es decir de un cuanto o fotn) es un mltiplo de la frecuencia de esta radiacin:

E fotn = h *

Donde: h es la constante de Planck, h = 6.6262 x 10 -34 J s, es la frecuencia del fotn emitido, en Hertz ( s-1)

Los espectros de emisin. Todos los cuerpos emiten energa a ciertas temperaturas. El espectro de la radiacin energtica emitida es su espectro de emisin. Todos los cuerpos no tienen el mismo espectro de emisin. Por ejemplo, hay cuerpos que emiten en el infrarrojo y otros cuerpos no. En realidad, cada uno de los elementos qumicos tiene su propio espectro de emisin. Y esto sirve para identificarlo y conocer de su existencia en objetos lejanos, inaccesibles para nosotros, como son las estrellas.

Los espectros de absorcin. Tambin los cuerpos absorben radiacin emitida desde otros cuerpos, eliminando del espectro de radiacin que reciben aquellas bandas absorbidas, que quedan de color negro. Son lo que se llaman rayas negras o simplemente rayas del espectro.

Espectroscopia. Aparatos de medicin. La Espectroscopa estudia a los espectros de los cuerpos fsicos. Se fundamenta en el hecho de que cada elemento qumico tiene su propio espectro de emisin y de absorcin. Para el estudio de los espectros de los elementos qumicos se usan aparatos diversos, fundamentalmente son:

El espectroscopio, que al descomponer la luz incidente dispersndola en diferentes radiaciones monocromticas, permite la observacin directa del espectro de un determinado elemento. El espectrgrafo, que permite fotografiar las bandas de emisin y absorcin de los elementos. El espectrmetro, cuyo objeto es la medicin de las longitudes de onda de emisin y absorcin en los espectros.

Material utilizado

Placa de porcelana portamuestras.

Puntas de lpiz de grafito o alambre de Platino.

1 vaso de precipitados 20 mL

1 mechero de Bunsen.

1 cpsula de porcelana.

1 vidrio azul de cobalto.

Reactivos

cido clorhdrico concentrado

Cloruro de Sodio

Cloruro Cprico

Cloruro de Calcio

Cloruro de Bario

Cloruro de Potasio

Nitrato de Litio

Nitrato de Estroncio

Sustancia problema.

Reacciones Qumicas Las reacciones qumicas que se efectan en esta prctica son del tipo de las que abajo se escriben, donde el HCl transforma a las sales en cloruros del catin, que al aplicarles la flama se libera el gas cloro quedando libre el metal de la sal, pudiendo as ser excitado con la misma flama y este puede emitir su espectro caracterstico.

)(2

2232

gClNaNaCl

COOHNaClHClCONa

)(22

4224

gClCuCuCl

SOHCuClHClCuSO

)(23

2332

gClCrCrCl

OHOHCrClHClOCr

)(2gClKKCl

HClKClHClKCl

)(22

4224

gClFeFeCl

SOHFeClHClFeSO

Breve ilustracin del experimento En las imgenes se muestra un breve procedimiento con respecto a la prueba realizada. El carbono o platino es introducido al vaso de precipitado que contiene cido clorhdrico. Posteriormente es introducido en la muestra de cualquier sal y se expone a la flama de mechero, al instante se formar el

espectro de emisin del catin correspondiente. Tambin se debe observar a este espectro a travs del vidrio de cobalto para filtrar tonos indeseables.

Procedimiento

1. Se coloca el material, el equipo y las sustancias necesarias sobre la mesa de trabajo, en forma ordenada. 2. Se colocan las muestras en la placa de porcelana para reaccin, numerndolas para su identificacin. 3. En el vaso de precipitados (o cpsula de porcelana) se coloca una muestra de cido clorhdrico concentrado. Observacin: es importante revisar que el cido este sin contaminantes, por lo que debe ser incoloro. 4. Se enciende y regula la flama del mechero. 5. La punta de grafito se humedece con cido clorhdrico. 6. La punta de grafito se introduce en la muestra de sal, tomando una pequea muestra de sta y se expone a la flama del mechero.

Observacin: Para mejor resultado la punta del lpiz debe entrar en contacto con la parte ms caliente de la flama. 7. Se debe observar fijamente y detectar a simple vista el color de la llama caracterstica de la sustancia, para luego observar con el vidrio de cobalto. Observacin: es recomendable tener mucha atencin en este paso para poder observar con plenitud los maravillosos espectros de cada sustancia. 8. Una vez identificado el color del espectro se repite el procedimiento para cada una de las muestras. Observaciones: Se debe tener sumo cuidado en no contaminar el cido y no revolver las muestras de las sustancias, tambin en no usar la misma punta del lpiz para todas las muestras ya que ser imposible tener resultado buenos. 9. Se mezcla un poco de muestra de sodio y de potasio y se repite el procedimiento. 10. Finalmente se identifica la muestra desconocida basndose en la coloracin que se observa. 13. Se elabora una tabla: coloracin observada directamente coloracin a travs de vidrio de Cobalto - elemento qumico.

Muestra desconocida Elementos qumicos probables: _________________________________

Cuestionario 1. La flama presenta diferentes zonas:

a) cul es la zona ms caliente? b) cul es la zona menos caliente, llamada fra?

2. Para qu se requiere el cido clorhdrico en la punta del alambre? 3. Por qu es ms fcil observar a la flama del mechero las coloraciones de sales de metales alcalinos? 4. Cul es la funcin del vidrio de Cobalto en esta prctica? 5. Por qu se utiliza el vidrio de Cobalto especialmente para observar la coloracin del Potasio? 6. Qu sucede con la mezcla sodio-potasio? 7. Qu fenmeno sucede durante la exposicin de la sal a la flama? 8. Por qu se deja al final de la prueba la sal de Sodio? 9. En qu fundamentos tericos se basa este experimento? 10. En qu consiste la tcnica de Espectroscopia en Anlisis Qumico Cualitativo? Resultados. Conclusiones. Opinin personal. Referencias.