laboratorio 1

Química I – 1er Laboratorio Estructura Atómica

OBJETIVOS

1. Estudiar las diversas zonas de la llama originada por el mechero de Bunsen.

2. Explicar cualitativamente las características del espectro de emisión, que se produce cuando algunas sustancias son expuestas a la llama del mechero de Bunsen.

F.I.G.M.M. Página 1


CUADROS DE RESULTADOS

•EXPERIMENTO ¿1:

Intervalo de temperaturas

Color de la incandescencia del alambre de nicron

500-700 °C Rojo oscuro700-900 °C Rojo naranja900-1300 °C Naranja1300-1500 °C Blanco naranja

1500 °C Blanco

•EXPERIMENTO ¿2:

Emisión de radiación por excitación térmica.

ELEMENTO A EXCITAR COLOR PREDOMINANTE DE LA RADIACION EMITIDA

Estroncio (Sr) Rojo escarlataBario (Ba) AmarilloSodio (Na) NaranjaLitio (Li) Rojo escarlata intenso

Calcio (Ca) Rojo naranjaPotasio (K) Lila

• EXPERIMENTO ¿3:

Muestras problemas

TUBO DE COLOR ELEMENTO CONTENIDO EN EL

TUBOSr Amarillo Bario (Ba)Ba Rojo escarlata intenso Litio (Li)Li Naranja Sodio (Na)



CALCULOS MATEMATICOS

*Frecuencias:

Estroncio (Sr) ⇒3×108 m

s

701×10−9m=4,28×1014 s−1

Bario (Ba) ⇒3×108 m

s

534,8×10−9m=5,61×1014 s−1

Sodio (Na) ⇒3×108 m

s

587×10−9m=5,11×1014 s−1

Litio (Li) ⇒3×108m

s

417,5×10−9m=7,19×1014 s−1

Calcio (Ca) ⇒3×108 m

s

609×10−9m=4,93×1014 s−1

Potasio (K) ⇒3×108m

s

417,5×10−9m=7,19×1014 s−1

*Energía (E) de un fotón en J:

Estroncio (Sr) ⇒6,63×10−34 Js×4,28×1014 s .=2,84×10−19 J

Bario (Ba)⇒6,63×10−34 Js×5,61×1014 s .=3,72×10−19 J

Sodio (Na) ⇒6,63×10−34 Js×5,11×1014 s .=3,39×10−19 J

Litio (Li) ⇒6,63×10−34 Js×7,19×1014 s .=4,77×10−19 J


f= c⋋

E f .=h× f


Calcio (Ca)⇒6,63×10−34 Js×4,93×1014 s .=3,27×10−19 J

Potasio (K) ⇒6,63×10−34 Js×7,19×1014 s .=4,77×10−19 J

ELEMENTOCOLOR

EMITIDO

LONGITUD DE ONDA

(nm)

FRECUENCIA (s−1)

ENERGIA DE UN FOTON

(J)

Estroncio (Sr) Rojo escarlata 701 nm 4,28×1014 2,84×10−19

Bario (Ba) Amarillo 534,8 nm 5,61×1014 3,72×10−19

Sodio (Na) Naranja 587 nm 5,11×1014 3,39×10−19

Litio (Li)Rojo escarlata

intenso417,5 nm 7,19×1014 4,77×10−19

Calcio (Ca) Rojo naranja 609 nm 4,93×1014 3,27×10−19

Potasio (K) Lila 417,5 nm 7,19×1014 4,77×10−19



Cuestionario de Problemas

a) ¿Explicar que es Fotón y que es un Cuanto?

El Fotón: Es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a 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 y viaja en el vacío con una velocidad constante c. 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 interacciona con la materia para transferir una cantidad fija de energía, que viene

dada por la expresión: E=h . cℷ Donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz, y λ

es la longitud de 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 joules; esta energía es suficiente para excitar un ojo y dar lugar a la

visión.1Además de energía, los fotones llevan también asociado un momento lineal y tienen una polarización. Siguen las leyes de la mecánica cuántica, lo que significa que a menudo estas propiedades no tienen un valor bien definido para un fotón dado. En su lugar se habla de las probabilidades de que tenga una cierta polarización, posición, o momento lineal. Por ejemplo, aunque un fotón puede excitar a una molécula, a menudo es imposible predecir cuál será la molécula excitada. La descripción anterior de un fotón como un portador de radiación electromagnética es utilizada con frecuencia por los físicos. Sin embargo, en física teórica, un fotón puede considerarse como un mediador para cualquier tipo de interacción

electromagnética.

El Cuanto: denotaba en la física cuántica primitiva tanto el valor mínimo que puede tomar una determinada magnitud en un sistema físico, como la mínima variación posible de este parámetro al pasar de un estado discreto a otro. Se hablaba de que una determinada magnitud estaba


http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_f%C3%ADsico

http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsica


cuantizada según el valor de cuanto. Es decir, cuanto es una proporción hecha por la magnitud dada.Un ejemplo del modo en que algunas cantidades relevantes de un sistema físico están cuantizadas lo encontramos en el caso de la carga eléctrica de un cuerpo, que sólo puede tomar un valor que sea un múltiplo entero de la carga del electrón. En la moderna teoría cuántica aunque se sigue hablando de cuantización el término cuanto ha caído en desuso. El hecho de que las magnitudes estén cuantizadas se considera ahora un hecho secundario y menos definitorio de las caracterísitcas esenciales de la teoría.En informática, un cuanto de tiempo es un pequeño intervalo de tiempo que se asigna a un proceso para que ejecute sus instrucciones. El cuanto es determinado por el planificador de procesos utilizando algún algoritmo de planificación.

b) Establecer las diferencias entre: espectro de absorción y espectro de emisión, espectro continuo y espectro discontinuo.

La diferencia entre espectro de absorción y espectro de emisión es que el espectro de emisión se aprovecha a medir la intensidad de la radiación emitida por un elemento, que es proporcional al número de átomos (o concentración) del elemento. En el espectro de absorción se mide la capacidad que tiene un elemento de absorber la radiación de una longitud de onda determinada. Que también es proporcional al número de átomos (o concentración) del elemento.

La diferencia entre espectro continuo y espectro discontinuo es que Los espectros continuos son los que abarca toda la frecuencia de las radiaciones que tienen pasando de una a otra gradualmente, sin saltos. La luz blanca tiene un espectro continuo, formado por siete colores (rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y el violeta) y cada uno de ellos corresponde a radiaciones de una frecuencia determinada; cuando termina un color empieza otro, sin que, entre ellos, hayan ninguna zona oscura. En cambio, los elementos gaseosos de un tubo de descarga emite una luz que posee un espectro discontinuo, es decir, sólo contiene determinadas radiaciones, que aparecen en forma de rayas entre las cuales hay una zona oscura.

c) ¿Que es una línea espectral?

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 lejano s, siendo la


http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Algoritmo_de_planificaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Planificador

http://es.wikipedia.org/wiki/Inform%C3%A1tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuantizaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica


espectroscopia uno de los métodos fundamentales usados en la astrofísica, aunque es utilizada también en el estudio de la Tierra.

d) Averigüe con que instrumento se puede observar las líneas espectrales producidas por la llama.

Los aparatos empleados para analizar los espectros son: espectroscopios, espectrógrafos y espectrofotómetros, según sean para observar visualmente el espectro, registrarlo fotográficamente o para medir la intensidad desus diferentes partes. En el siglo XIX, los científicos descubrieron que más allá de los extremos violeta y rojo del espectro había unas radiaciones que se denominaron ultravioleta e infrarrojos. La radiación ultravioleta, aunque invisible al ojo humano, poseía una notable acción fotoquímica. Igualmente, la radiación infrarroja, también invisible al ojo humano, transmitía energía, lo que quedaba demostrado al

aplicarla a un termómetro. Desde entonces se han abierto los límites del espectro, y se han ido añadiendo las ondas de radio, más allá del infrarrojo, y los rayos X y rayos gamma más allá del ultravioleta.


Grafico de la Líneas Espectrales:

http://es.wikipedia.org/wiki/Tierra

http://es.wikipedia.org/wiki/Astrof%C3%ADsica

http://es.wikipedia.org/wiki/Espectroscopia


INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA REALIZACIÓN DEL LABORATORIO Nº 01

MECHERO DE BUNSEN GRADILLA Y TUBOS DE ENSAYO

VIDRIO DE RELOJ VASO DE PRECIPITADO Y AGITADOR



AGUA DESTILADA ESCOBILLA PARA TUBOS DE ENSAYO

DISEÑO DEL PROCESO GRÁFICO

1º Instalando el equipo de laboratorio (montaje del equipo):



2º Encender el mechero de bunsen (pasos para su correcto manejo):

- 1º PASO: Cerrar totalmente la entrada de aire.

- 2º PASO: Abrir ligeramente la llave de paso del gas.

- 3º PASO: Acercar lateralmente un cerillo a la boca del cañón.

- 4º PASO: Regular la llave hasta obtener la llama deseada, abrir la entrada de aire.

- 5º PASO: Para apagar el mechero; cerrar la llave del gas esperar que se consuma el sobrante y luego cerrar la entrada de aire.

3º Tomando muestra de los reactivos para producir la combustión en el mechero de bunsen:



4º Combustión de los reactivos al acercar el alambre de nicrom a las llamas y obtención de los espectros atómicos:



Observaciones

Para la realización experimental del primer laboratorio, encontramos inconvenientes en el hecho de que utilizamos instrumentos de baja precisión, a diferencia del uso de instrumentos tales como el espectrómetro que permite medir con una mayor precisión las longitudes de onda y energías de las líneas espectrales de los elementos químicos muestra.

Otro de los inconvenientes ocurridos en el laboratorio es el reconocimiento del color característico de cada elemento químico, debido a que para un solo color existen una gama de matices de éste.

La mayor dificultad se mostró en el corto tiempo de duración de la flama característica emitida por el elemento químico muestra.



Conclusiones

- El tipo de color emitido por cada muestra permite identificar a un determinado elemento químico (que presenta mayor reactividad).

- Existe una relación entre la emisión de un determinado color (espectro), como producto de la transición electrónica, con la longitud de onda correspondiente para cada elemento.

- Los elementos químicos analizados durante el experimento son más reactivos (Grupo IA y IIA), por lo que para su análisis se requiere del consumo de una menor cantidad de energía en comparación con elementos pertenecientes a los grupos restantes.

- La precisión en el análisis de los elementos químicos es muy baja, debido a que se utilizaron herramientas poco sofisticadas que pudieron ser causantes de posibles errores, siendo el caso el no poder identificar con suficiente exactitud el tipo de color resultante, ya que este varía en infinitas tonalidades y matices.



APLICACIONES INDUSTRIALESAlgunas aplicaciones industriales que nuestro grupo encontró son:

ALUMBRADO PUBLICO:

Las luces que vemos por las noches fuera de nuestras casas en lugares como los parques, centros comerciales, entre otros. Son elaborados utilizando un principio muy similar al experimento. El sodio por ejemplo es uno de los elementos más utilizados para dar vida a las luces de color amarillo-naranja característico de este elemento.

PIROTECNIA Y FUEGOS ARTIFICIALES:

En la industria del entretenimiento de los juegos artificiales el nitrato de estroncio es un producto indispensable para obtener el color rojo. Los juegos artificiales fueron monocromos hasta el siglo XIX, ya que se utilizaba sodio casi en exclusiva.se necesitaron adelantos químicos para obtener destellos multicolores que hoy todos podemos disfrutar.


laboratorio 1

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