E.A.P Ingeniera Industrial.Qumica General

E.A.P Ingeniera Industrial.Qumica General

I. INTRODUCCION

Uno de los logros ms importantes de la qumica, despus del descubrimiento del tomo, fue la clasificacin y la identificacin del lugar que ocupara cada elemento en la tabla peridica, ubicndolos en base a grupos y periodos.

Los metales alcalinos metales muy reactivos, son metales blandos, pueden ser rayados con facilidad y tienen un gran poder reductor. Los metales alcalinos trreos, aunque son bastante frgiles, son maleables y dctiles. Conducen bien la electricidad y cuando se calientan arden fcilmente en el aire. En los halgenos, la reactividad o capacidad de combinacin con otros elementos es tan grande que rara vez aparecen libres en la naturaleza.

En la presente asignacin explicaremos ms detallado las propiedades qumicas de los grupos IA, IIA y VIIA, principalmente en la cual podremos observar la capacidad de reaccin de cada elemento, lo que nos permitir diferenciar las propiedades de cada metal alcalino, alcalino terreo y cada halgeno poder identificar la reactividad mediante la observacin de su color y solubilidad.

II. PRINCIPIOS TEORICOS

Tabla PeridicaInicialmente a medida que se iban descubriendo nuevos elementos qumicos. Los qumicos se preocuparon por ordenarlos de acuerdo a sus propiedades semejantes o de acuerdo a las leyes que se regan. En este arduo trabajo participaron muchos qumicos. Siendo Werner quien modifica la tabla propuesta en 1913 por el Ingls Henry Moseley, propone la tabla peridica moderna que nos rige en la actualidad. Esta tabla tiene la ventaja que se pueden distinguir 4 bloques, bien diferenciados correspondientes a los ocupados por los orbitales: s, p, d, f; tal que como se muestra en la siguiente figura:

Existe un fundamento de mecnica cuntica para la periodicidad de los elementos y la disposicin de los tomos, sigue el orden normal del principio de Aufbau.Resumiendo los diferentes elementos de la tabla peridica se pueden clasificar de la siguiente manera: Los elementos se ubican en orden creciente a su nmero atmico en columnas verticales o grupos (I,II,III, IV, V, VI, VII, VIII). Cada grupo se halla formado por dos subgrupos que contienen elementos con propiedades similares:Subgrupos A: (IA, IIA,..,VIIIA) se llaman Elementos Representativos.Subgrupos B: (IB, IIB,., VIIIB) se llaman elementos de transicin.Para los elementos representativos el nmero de grupo indica el nmero de electrones de valencia que este podr perder, ganar o compartir. Existen 7 filas horizontales o periodos (1, 2, 3, 4, 5, 6,7).Periodos cortos: 1 (2 elementos) 2 y 3 (8 elementos)Periodos largos: 4 y 5 (18 elementos), 6 (32 elementos), 7 (19 elementos-incompleto): los periodos 6 y 7 tienen una prolongacin en la parte inferior de 14 elementos cada uno, que se le llama TIERRAS RARAS: LANTANOIDES Y ACTINOIDES respectivamente.El nmero de periodo indica el nmero de niveles de energa o capas de los tomos (K,L,M.N.O,P,Q). Propiedades atmicas importantes que varan en la tabla|Las variaciones peridicas de las propiedades de los tomos de los elementos, se manifiesta a travs de la configuracin electrnica, del tamao atmico, energa de ionizacin, electronegatividad, y afinidad electrnica.Mientras que propiedades como la acidez y solubilidad de los compuestos a travs de un periodo o grupo de la tabla peridica se analizan en funcin a otros factores que dependen a su vez de propiedades simples. Energa de Ionizacin o potencial de Ionizacin(EI)Es la energa mnima necesaria para sacar un electrn de un tomo cuando ste se encuentra en estado gaseoso y elctricamente neutro, y convertirlo en un in positivo (catin). Afinidad Electrnica(AE)Se define como la energa involucrada cuando un tomo gaseoso neutro en su estado fundamental (de mnima energa) captura un electrn y forma un in mononegativo:

Dado que se trata de energa liberada, tiene signo negativo. En los casos en los que la energa sea absorbida, tendr signo positivo. Y vara segn: Radio AtmicoElradio atmicorepresenta la distancia que existe entre elncleoy la capa devalencia(la ms externa). Por medio del radio atmico es posible determinar el tamao deltomo.El radio atmico puede ser covalenteometlico. El radio covalente es la distancia entre tomos "vecinos" en molculas. El radio metlico es la mitad de la distancia entre ncleos de tomos "vecinos" en cristales metlicos. Usualmente, cuando se habla de radio atmico, se refiere a radio covalente. Vara segn:

Radio InicoElradio inicoes, al igual que elradio atmico, la distancia entre el centro del ncleo del tomo y el electrn estable ms alejado del mismo, pero haciendo referencia no altomo, sino alion.

ElectronegatividadEs una medida de la fuerza de atraccin que ejerce un tomo sobre los electrones de otro en un enlace qumico. Los diferentes valores de electronegatividad se clasifican segn diferentes escalas, entre ellas la escala de Pauling y la escala de Mulliken.En general, los diferentes valores de electronegatividad de los tomos determinan el tipo de enlace que se formar en la molcula que los combina. As, segn la diferencia entre las electronegatividades de stos se puede determinar (convencionalmente) si el enlace ser, segn la escala de Linus Pauling: Inico (diferencia superior o igual a 1.7) Covalente polar (diferencia entre 1.7 y 0.4) Covalente no polar (diferencia inferior a 0.4)Cuanto ms pequeo es el radio atmico, mayor es la energa de ionizacin y mayor la electronegatividad y viceversa.

III. DETALLES EXPERIMENTALES

Materiales:

Tubos de ensayo Gradilla Pizeta Vaso de 150 ml. Pinza de metal EsptulaReactivos: Solido: Li, Na, K. Soluciones: Agua de Cloro , agua de Bromo y Amoniaco (NH3(aq) ) Mgl2, CaCl2,SrCl2, BaCl2,H2SO4, NaF, KCl, KBr, KI , AgNO3 Solventes: Tetracloruro de Carbono(CCl4) Etanol(C2H5OH)

PROCEDIMIENTOS Nuestro objetivo es verificar experimentalmente las propiedades qumicas del grupo IA, IIA y VIIA Los elementos como M =Li, Na, K; reaccionan con el agua (H2O) y forman hidrxidos (MOH) liberando Hidrgeno (H2).

1) FAMILIA DE LOS ALCALINOS (GRUPO IA)

Caractersticas generales:

Cuando estn combinados todos los elementos tienen estado de oxidacin +1. Se obtienen por reduccin qumica o por electrolisis de sus sales fundidas. No se encuentran libres en la naturaleza (generalmente estn combinados con otros elementos).

Experimentando la reactividad del metal Litio(Li) en agua(H2O)

1. Se procede a extraer el metal Litio que se encuentra en una solucin de kerosene.2. Sobre la plancha de un vidrio colocamos una pequea muestra de metal. Observamos que es muy reactivo al contacto con el oxigeno por eso no lo podemos tocar.El Litio (Li) es un metal blando, brilloso, plateado pero se pone cada vez ms oscuro por que se oxida.3. Se corta con la esptula un pequeo trozo de metal

4. Se agrega esta muestra al recipiente con agua con algunas gotas de Fenolftaleina,y observamos que se disuelve rpidamente liberando gas hidrgeno (H2), es muy reactivo; tomando un color fucsia.

Ecuacin Qumica:Li +H2O LiOH+H2DATO: El hidrxido de litio (LiOH) se usa en las naves espaciales y submarinos para depurar el aire extrayendo el dixido de carbono.

Experimentando la reactividad del metal Sodio(Na) en agua(H2O)

1. Se procede a extraer el metal Sodio(Na) que se encuentra en una solucin de kerosene

2. Sobre la plancha de un vidrio colocamos una pequea muestra de metal.; elSodio(Na) es un metal blando como jabn, ms plateado que el Litio.3. Cortamos con una esptula un pequeo trozo de metal.

4. Aadimos el metal al segundo vaso que contiene agua (H2O) con gotas de fenolftaleina, se nota la reaccin que va formando al hidrxido de sodio (NaOH) siendo ms reactivo que el Litio. Vemos que se despide ms rpido el gas hidrgeno (H2).

Ecuacin Qumica:Na+H2O NaOH+H2

DATO: El hidrxido de sodio (NaOH), ms conocido como soda custica, es una base muy fuerte y corrosiva usada en productos destinados a la limpieza de desages y al desengrase de hornos. Cuando se disuelve en agua produce una reaccin muy exotrmica (-42,9 kJ/mol). Su poder corrosivo hace de la soda custica un compuesto letal para los tejidos vivos y los compuestos orgnicos, e incluso puede atacar al vidrio en caso de que el contacto sea permanente. En presencia del dixido de carbono atmosfrico produce carbonato de sodio, por lo que sus soluciones son poco estables.

Experimentando con la reactividad del metal Potasio(K) en agua(H2O)

1. Utilizamos el metal Potasio (k) este se encuentra almacenado en un recipiente con kerosene.2. Sobre la plancha de un vidrio se coloca una pequea muestra de metal; el Potasio (K) es un metal un slido blando que se corta con facilidad con la esptula tiene un punto de fusin muy bajo, arde con llama violeta y presenta un color plateado en las superficies no expuestas al aire, en cuyo contacto se oxida con rapidez.3. Se repiten los mismos pasos de los dos metales anteriores; observamos que el agua cambia de color rpidamente ha el fucsia o rojo grosella, se enciende una chispa ya que la muestra tiene residuos de kerosene ya que la reaccin es muy violenta liberando gas hidrgeno (H2)

Ecuacin Qumica:K +H2O KOH +H2 DATO: El hidrxido de potasio (KOH), conocido comercialmente como potasa custica, absorbe agua de la atmsfera por lo que termina por disolverse al aire libre. Por ello, el hidrxido de potasio contiene cantidades variables de agua (as como carbonatos, ver debajo). Su disolucin en agua es altamente exotrmica, con lo que la temperatura de la disolucin aumenta, llegando incluso, a veces, al punto de ebullicin.

2) FAMILIA DE LOS ALCALINOS TERREOS(GRUPO IIA)

Para este experimento se realizamos lo siguiente:

1. Separamos cuatro tubos de ensayo que se limpiaron adecuadamente usando agua destilada.2. En el primero se verti 20 gotas de MgCl2; en el segundo, 20 gotas de CaCl2; en el tercero, 20 gotas de SnCl2; y en el cuarto, 20 gotas de BaCl2.

3. Luego se introducen 20 gotas de H2SO4al 10% en cada uno de los tubos de ensayo, obtenindose as sulfatos, como se aprecia en la siguiente imagen.

BaSO4SrSO4MgSO4CaSO4

En la siguiente lista de reacciones detallaremos las caractersticas luego de la reaccin:a. - MgCl2(ac) + H2SO4(ac) MgSO4(ac) + HCl(ac)Incoloro

b. - CaCl2(ac) + H2SO4(ac) CaSO4(ac) + HCl(ac) Incoloro

c. - SrCl2(ac) + H2SO4(ac) SnSO4(s) + HCl(ac)Pp Slido Blanco

d. -BaCl2(ac) + H2SO4(ac) BaSO4(s) + HCl(ac)Pp Slido Blanco*Pp: Precipitado4. Luego se agregan 20 gotas de Etanol (C2H5OH) a los tubos donde no se form precipitado.

Se observa que el MgSO4(ac) se mantiene soluble, es incoloro.

El CaSO4(ac) llega a precipitar lo cual indica su insolubilidad.

SnSO4(s) y BaSO4(s) se mantienen insoluble.

3) FAMILIA DE LOS HALOGENOS(GRUPO VIIA)3.1) Formacin de los Haluros de PlataPara este experimento realizamos lo siguiente:

1. Se tiene cuatro tubos de ensayos, y antes de empezar con el experimento se le hace un respectivo enjuague con agua destilada.

2. A cada tubo de ensayo y por orden se la aade 20 gotas de los siguientes compuestos: NaF, KCl, KBr y KI respectivamente.3. Luego se aaden otras 20 gotas de AgNO3 a cada tubo de ensayo observndose lo siguiente:

No se observa precipitado, es incoloro; solubleNaF(ac)+AgNO3(ac)AgF(s)+NaNO3(ac)

Se observa precipitado, con un color blanco; es insolubleKCl(ac)+AgNO3(ac)AgCl(s)+KNO3(ac)

Se observa precipitado, con un color crema muy tenue; es insolubleKBr(ac)+AgNO3(ac) AgBr(s)+KNO3(ac)

Se observa precipitado, con un color amarillo; es insolubleKI(ac)+AgNO3(ac) AgI(s)+KNO3(ac)

4. Luego se aade 20 gotas de NH3(ac)a los tubos de ensayos que precipitaron observndose lo siguiente.

El AgF se mantiene incoloro, es soluble El AgCl se aclara, por lo tanto se vuelve soluble. AgBr cambio a una composicin parcialmente soluble. El AgI sigue precipitando, por tanto no es soluble.

3.2) Desplazamiento de Halgenos

Para esto se hace lo siguiente:

1. En tres tubos de ensayo colocar 20 gotas de la solucin KBr, KI, KI respectivamente.2. En la solucin de KBr y KI agregamos 20 gotas de agua de cloro Cl2 (aq), en la tercera solucin KI agregamos 20 gotas de Br2 (aq).2KBr (ac) + Cl2 (ac) KCl + Br2 (ac) CCl4KCl (ac) + Br2 (ac) Br2 (CCl4) + KCl (ac)

Al agregar el tetracloruro de carbono, el Br2 (CCl4) no forma un precipitado ya que la sustancia obtenida es un lquido y los precipitados son slidos.

CCl4 KI (ac) + Cl2(ac)I2(CCl4) + KClCCl4 KI (ac) + Br2(ac) I2(CCl4) + KBr

Observamos que, en primer lugar, al agregar el agua de bromo, las reacciones empiezan a cambiar de color:1.- KBr +Cl2 (ac) Br2 + KCl cambia a colormanzanilla2. - 2KI +Cl2 (ac) I2 + 2KCl cambia a color amarillo mbar 3.- 2KI +Br2 (ac) I2 + 2KBr cambia a un color oscuro

3. Luego aadimos tetracloruro de carbono(CCl4) a todos los tubos de ensayo observamos lo siguiente

Se observa que el Br2 es ms denso que el agua. Se nota 2 fases: el color amarillo es el agua, el color rosado claro el I2(CCl4); el Yodo es ms denso que el agua Se observan 2 tonalidades: color pardo claro el agua, y de color lila oscuro el I2; el I2(CCl4) es ms denso que el agua.

IV. CUESTIONARIO1. Por qu el color del recipiente de vidrio en el que se almacena el metal alcalino? Qu propiedades debe tener el lquido en el cual se encuentra sumergido el metal?

El color del recipiente evita que los metales alcalinos reaccionen con la luz, ya que al reaccionar emiten electrones no deseados.

Los metales alcalinos deben conservarse en aceite mineral el cual tiene estabilidad a la oxidacin, propiedad antiespumante y eliminacin del aire.

2. A qu se debe la reactividad de los metales alcalinos con agua, la formacin de llama en algunos casos y el cambio de coloracin cuando se agrega fenolftalena a la solucin final?

La reactividad de los metales alcalinos con agua se debe a su gran poder reductor, es decir a la gran capacidad de donar electrones.La reaccin es explosiva, ya que al ser ms densos que el agua, la reaccin se produce en el fondo y el hidrgeno formado arde produciendo una onda de choque que puede romper el recipiente.La fenolftalena es un cido dbil que pierde cationes H+ en solucin. Cuando se agrega fenolftalena a un hidrxido, pierde H+ formndose el anin y haciendo que tome coloracin rosa.

3. Qu propiedad permite que los elementos precipiten cuando estn en solucin acuosa?La aparicin de un precipitado en una reaccin entre dos disoluciones significa que es una reaccin de doble desplazamientoAB+CD AD+BCA, B, C Y D son sustancias, A Y B forman un compuesto y C y D forman otro. En este tipo de reaccin al disociarse las sustancias que antes formaban compuestos se combinan entre s formando dos compuestos nuevos.Ejemplo:Ba(OH)2(ac)+K2CrO4(ac) BaCrO4(s)+2KOH(ac)Lo que ocurre en este ejemplo es que el agua ha disociado el Ba(OH)2 y el K2CrO4 cuyos iones luego se han unido formando dos substancias nuevas: BaCrO4 y KOH. El agua puede seguir manteniendo disociada la segunda sustancia y mantenerla disuelta, pero no tiene fuerza como para separar en iones la primera de ellas, por lo cual se mantiene en estado slido sin poder disolverse.

4. Explicar el color de la fase orgnica en la experiencia de los halgenos

Reacciones de precipitacin

La reaccin de precipitacin es un tipo comn de reaccin en disolucin acuosa que se caracteriza por la formacin de un producto insoluble o precipitado. Un precipitado es un slido insoluble que se separa de la disolucin. En las reacciones de precipitacin por lo general participan compuestos inicos.

Solubilidad

Cmo se puede predecir la formacin de un precipitado cuando se aade un compuesto a una disolucin o cuando se mezclan dos disoluciones? Esto depende de la solubilidad del soluto, que se define como la mxima cantidad de soluto que se disolver en una cantidad dada de disolvente a una temperatura especfica. Los qumicos describen a las sustancias como solubles, ligeramente solubles o insolubles en trminos cualitativos. Se dice que una sustancia es soluble si se disuelve visiblemente una cantidad suficiente cuando se agrega al agua. Si no es as, la sustancia se describe como ligeramente soluble o insoluble. Aunque todos los compuestos inicos son electrlitos fuertes, no todos tienen la misma solubilidad.En la siguiente tabla, se clasifican algunos compuestos inicos como solubles o insolubles. Sin embargo, conviene recordar que aun los compuestos insolubles se disuelven en un cierto grado.

Compuestos SolublesExcepciones

Compuestos que contengan iones de metales alcalinos (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+) y el ion amonio (NH4+). Nitratos (NO3-), bicarbonatos (HCO3-) y cloratos (ClO3-) Halogenuros (Cl-, Br-, I-) Sulfatos (SO42-)

Halogenuros de Ag, Hg, y Pb. Sulfatos de Ag+, Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+, Hg 2+ y Pb 2+

Compuestos insolublesExcepciones

Carbonatos (CO32-), fosfatos (PO43-), cromatos (CrO42-), sulfuros (S2-) Hidrxidos (OH -) Compuestos que contengan iones de metales alcalinos y el ion amonio. Compuestos que contengan iones de metales alcalinos y el ion Ba 2+

CONCLUSIONES 1. Los metales alcalinos son aquellos que estn situados en el grupo IA de la tabla peridica (excepto el Hidrgeno que es un gas). Todos tienen un solo electrn en su nivel energtico ms externo, con tendencia a perderlo (esto es debido a que tienen poca afinidad electrnica, y baja energa de ionizacin), con lo que forman un ion monopositivo, M+.2. Alcalinos trreos, constituyen algo ms del 4% de la corteza terrestre (sobre todo calcio y magnesio), pero son bastante reactivos y no se encuentran libres. El radio es muy raro.3. Los halgenos poseen una electronegatividad 2,5 segn la escala de Pauling, presentando el flor la mayor electronegatividad, y disminuyendo sta al bajar en el grupo. Son elementos oxidantes (disminuyendo esta caracterstica al bajar en el grupo), y el flor es capaz de llevar a la mayor parte de los elementos al mayor estado de oxidacin que presentan.

RECOMENDACIONESPara tener una buena reactividad, color y solubilidad se debe tener en cuenta lo siguiente. Los vasos y los tubos de ensayo no deben tener ningn residuo, en caso contrario lavarlos con agua destilada. Tenemos que agregar con sumo cuidado la menor cantidad de gotas para evitar la alta concentracin de tal sustancia agregada. Los metales deben cortarse con un cuchillo de metal y no deben ser tocados con la piel, por su alta reactividad. Cumpliendo estas recomendaciones y utilizado correctamente los objetos podemos obtener un excelente trabajo y un buen resultado.

Bibliografa

http://html.rincondelvago.com/metales-alcalinos.html http://es.wikipedia.org/wiki/Alcalino http://es.wikipedia.org/wiki/Fenolftale%C3%ADna http://www.elergonomista.com/quimica/alca.htm CHANG, Raymond; Qumica General, D`vinni Ltda., impreso en Colombia, ao 2002, pg.- 109.

Universidad Nacional Mayor de San MarcosPgina 18