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CAMBIOS QUIMICOS DE LA MATERIA

PRACTICA VI

INTEGRANTES JOHAN ARLEY BASTO LARGO 201621546 KEVIN JULIÁN BERNAL PEÑA 201811531

GRUPO 4-3 PROFESOR: JUAN CARLOS CASTILLO

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL TUNJA 2018

Introducción:

Lo que va a observar a continuación es como se trató el tema de cambios físicos de la materia en unos experimentos que nos ayudaron a dar un mejor concepto de los cambios de estado. En estos experimentos se vieron como ciertas sustancias reaccionan al adicionarles energía calorífica, luego se puede observar las diferentes características que tiene cierta sustancia al como esta antes y después de los cambios de estado, por ejemplo, su composición ya es diferente, y pues al calentar estas sustancias se encuentran los mismos átomos solo con la diferencia de que han sido reorganizados. Y puesto que se forma una sustancia diferente aparecen propiedades diferentes.

Resumen:

En este laboratorio se vieron algunos cambios físicos de la materia y en este caso tomamos para ver estos algunos métodos que también son métodos de separación de mezclas, todo a lo que nosotros tratamos en este laboratorio nos ayuda a diferenciar ciertos métodos, no podemos tener las mismas características en un compuesto al cambiar su estado ya que su condensación cambie el resultado en algunos experimentos. Se vieron 2 métodos para cambiar el estado de una sustancia y que también en este caso son métodos de separación de mezclas.

Análisis de resultados

Experimento 1: Se insertó media pastilla de alka-setzer en 10 mL de agua, dentro de un vaso de precipitado, una vez dentro, la pastilla entro en reacción con el agua, liberando el dióxido de carbono que contenía y mezclando el resto de sus componentes antiácidos con el agua, siendo pues, un soluto mezclándose con un solvente, y cambiando, por lo tanto, su estructura química, siendo pues, y como asunción lógica, un cambio químico. Una vez realizada esta observación se procedió a medir la temperatura del agua con alka-setzer, no sin antes de producida la mezcla, medir la del agua, para llegar a la conclusión de que la temperatura no varía.

Experimento 2: Durante este experimento se tomó una porción de sulfuro de cobre, cuya masa era irrelevante, para, con ayuda de una plancha de calentamiento, unas pinzas y una capsula de porcelana, lograr calentar el agregado con la intención de observar el cambio que se producía en dicho compuesto.

Firgura 1: Estructura molecular del sulfuro de cobre pentahidratado Una vez calentado, durante aproximadamente 4 minutos, el compuesto consiguió cambiar de color, se tornó opaco, semejante al color celeste, en resumidas cuentas, un verde pálido, siendo que su color original era un azul intenso, pero, ¿Por qué ocurrió esto? Al calentar el sulfuro de cobre, cuyo nombre correcto seria Sulfuro de Cobre Pentahidratado, puesto que en su estructura lleva 5 moléculas de agua (Figura 1), se logra realizar una evaporación del agua contenida y, como resultado lógico, se deshidrata, es decir, pierde sus moléculas de agua, y por lo mismo su estructura molecular cambia, siendo este un cambio químico que se lleva a cabo por medio de un cambio físico, la evaporación del agua. Una vez enfriada tanto la capsula, como el compuesto, se procedió a agregar unas cuantas gotas de agua, 3 para ser más específico, con la intención de rehidratar el sulfuro de cobre, una vez realizado, fue percatarle a simple vista que el color azulado de la sal había regresado, esto gracias a que la estructura original se había recobrado.

¿Por qué se debió esperar a que la capsula se enfriase? ¿Por qué no añadir agua directamente? Puesto que a la temperatura en la que se encontraba la capsula era riesgoso añadir agua, siendo que, al ser un cambio tan brusco de temperatura, la porcelana podría cuartearse ¿Por qué razón? Al calentarse un objeto este se dilata, es decir, aumenta ligeramente su volumen, si este es enfriado repentinamente, simplemente se contraerá, pero al ser tan repentino el cambio, algunas partes del objeto, que para este caso especifico seria la capsula de porcelana, simplemente no consiguen contraerse a tiempo, generando una ruptura y, aunque para este ejercicio solo se requería de un par de gotas, es mejor estar prevenido y tratar en la medida de lo posible el evitar dejar campo para accidentes espontáneos. En el siguiente ejercicio, sin ser otra cosa más que la continuación del anterior, se tomaron varios trozos de papel y, de nuevo, con ayuda de una plancha de calentamiento, unas pinzas y una capsula de porcelana, se procedió a calentar los trozos durante el mismo lapso de tiempo, 4 minutos, con la intención de acentuar lo ocurrido en el anterior ejercicio, dando como resultado, que en este caso el trozo de papel se tornó de un color amarillento, sin embargo, a diferencia del sulfuro de cobre, el papel no puede ser rehidratado para retornar su color anterior, esto gracias a las fibras vegetales que lo componen, donde al calentarse cambian químicamente formando una combustión orgánica y es imposible, por tanto, lograr que vuelvan a su forma original, al menos por estos medios.

Experimento 3: Para continuar con los experimentos, se procedió a llenar un tuvo con 2 mL de agua, para posteriormente calentarlo a baño maría, y luego depositar medio gramo de jabón en polvo, una vez realizado esto último y, asegurándose de que la mezcla esté bien diluida, se insertó 1 mL de sulfato de magnesio, esto a razón de que se muestre de forma fácil, las reacciones producidas al insertar el magnesio que corta la ‘’capacidad limpiadora’’ del jabón, separando la mezcla homogénea, en una heterogénea, donde es fácil distinguir el jabón y el agua. ¿Por qué los jabones logran ‘‘limpiar la mugre’’? El efecto limpiador de jabones y detergentes se debe a que en su molécula existe una parte lipofílica, es decir, que tiene una capacidad intrínseca para disolverse en grasas, ya sea vegetales o de procedencia animal, y gracias a dicha propiedad, los jabones son capaces de unirse a la grasa o a el aceite, mientras que la otra parte de la molécula es hidrofílica, en otras palabras; tiene afinidad por el agua, por lo que se une con ella; así, el jabón toma la grasa y la hace deslizarse

utizando, como medio de transporte, el agua hasta que termina saliendo casi por completo del objeto lavado. Para lograr entender lo que sucede a nivel molecular y, a modo de ejemplo gráfico, tenemos la siguiente imagen (Figura 2), donde podemos ver las micelas y las colas q1ue componen a la estructura contenedora y repelente de la grasa que, como se puede observar, se compone de una parte polar, que en este caso vendrían a ser las micelas exteriores, y de una parte no polar, que para el caso es la sección interior en la que se encierra, por ejemplo, la mugre, actuando como aislante contra el agua. El catión magnesio interacciona con la formación de las micelas, impidiendo su agrupación, por lo que imposibilita la acción del jabón.

Figura 2: Micelas de grasa

Experimento 4: En este experimento se mezclaron algunas gotas de ácido clorhídrico con carbonato de sodio y sulfato de sodio en tubos de ensayo separados y, al calentar esta sustancia, los cambios no se perciben a simple vista puesto que la mezcla aquí creada es homogénea y por lo tanto su cambio es en su composición química, y gracias a esto podemos saber que los cambios de estado pueden ser

percibidos algunas veces de forma muy sencilla, más sin embargo, en otras no, ya que su tipo de mezcla y propiedades no lo permiten. En este caso no podemos saber qué cambio se dio con tanta facilidad, por lo tanto, tenemos que recurrir a solucionar su fórmula química con producto y reaccionante, con este fin se darán los resultados de la nueva sustancia. Al ser una mezcla de varias sustancias, todas miscibles entre sí, su composición es muy variada pero este no se ve a simple vista.

Experimento 5: En este experimento se pone a calentar el Yodo para ver sus cambios de estado, en este caso pudimos observar como el Yodo pasa de su estado sólido natural a un estado gaseoso sin pasar por el líquido, esto se debe a que el Yodo no tiene un estado de sublimación muy alto, este al calentarse y pasar al estado gaseoso se vuelve de un color morado (por esto es usado en los fuegos artificiales), la sublimación es lo que define si un elemento cambia muy fácil de estado o al contrario que se demora demasiado o que necesita demasiada energía calorífica para lograrlo. Y luego al enfriar este por tener baja sublimación este se condense de una manera muy rápida también y en este se crean cristales, estos cristales son el mismo Yodo que al ser enfriado de manera tan rápida se condensa en estos. (el Yodo en su estado gaseoso es toxico) Este experimento nos ayuda a observar las diferentes características de los estados en los cuales se ven afectados por la sublimación del elemento, si observamos a que se debe esto podemos saber porque cada elemento es diferente en cada estado. Y la sublimación también es un método de separación para separar mezclas con diferente estado de evaporación. En este método se usan demasiados elementos que se pueden condensar a diferentes temperaturas.

Conclusiones:

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Pudimos observar que las sustancias son muy diferentes en sus variados estados, el Yodo en su estado natural es sólido y de un color negro y luego de esto sus cambios al estado gaseoso lo hacen ver d un color morado, en conclusión, podemos saber que un elemento tiene algunas características diferentes en sus cambios de estado.

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Entendimos como al calentar ciertas sustancias estas cambiaban un poco en su color, esto se debe al choque que se genera entre las moléculas de la sustancia al adiciona energía calorífica.

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Pudimos observar como el alka-setzer no afecta la temperatura del agua. Por lo tanto, algunos solutos no afectan la temperatura del solvente.

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Entendimos que para algunas mezclas no podemos observar sus cambios a simple vista.

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Una sustancia puede variar su composición al calentarse pero esta no varía la cantidad de átomos.

Referencias

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Manual de laboratorio de quimica Jhon W. Dawson, Nashville. tennesee. Editorial REVERTE, S.A. 2008, reimpresion 2014. pag 50-52.

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Quimica general: Manual de practicas. Maria Rocio Gerley. Medellin. Colombia. Editorial SELLO EDITORIAL, 2005, EDICION 2014. Pag 36-38

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Figura 1: http://www.redalyc.org/pdf/920/92030308.pdf Figura 2: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/51/imgs/f ap109.gif Figura 3: https://tuylaquimica.files.wordpress.com/2011/03/diferenciasentre-reacciones-quc3admicas-y-nucleares.pdf

Sección experimental

5.1 Calentamiento de elementos Coloque 4 pequeños cristales de yodo en un vaso de precipitado, cúbralo con un vidrio reloj, y coloque hielo dentro del vidrio reloj. Caliente suave y lentamente el vaso con el yodo hasta que todo el yodo haya desaparecido del fondo del vaso. Observe el proceso, y al final el vaso y el vidrio de reloj. Analice lo sucedido y deduzca si es un cambio físico o químico. Utilice tapaboca para esta experiencia. Recupere el yodo depositado en el vidrio de reloj. 

El gas de yodo se torno de un color rosa rojizo, y, al tratarse de una evaporación y una condensación, el cambio obtenido es netamente físico.

5. 2. Calentamiento de compuestos b. Coloque unos pocos cristales de CuSO4. 5H2O caliéntelo cuidadosamente por al menos 4 minutos, observe los cambios ocurridos. Deje enfriar y entonces agregue 2- 3 gotas de agua. Observe el cambio y diga si es un cambio físico o químico. 

Cambia de color y es un cambio químico, puesto que la sustancia se deshidrata, cambiando su estructura molecular.

c. Coloque unos pocos trozos de papel en una cápsula de porcelana. Caliéntelos durante unos 4 minutos. ¿Qué sucede? ¿Qué diferencia hay con lo ocurrido en el numeral b? 

Sucede una combustión orgánica, donde el papel cambia de color a un amarillo oscuro, y la principal diferencia con el experimento anterior radica en que es imposible volver el papel a su estado original.

5.4. Reacciones de soluciones a. Coloque 1 mL (1/10 mL volumen) de carbonato de sodio y sulfato de sodio en tubos de ensayo separados. Añada cuidadosamente varias gotas de ácido clorhídrico diluido a cada uno. Observe cualquier cambio y diga si es un cambio físico o químico. Utilice tapabocas, guantes y gafas de seguridad. 

La mezcla no presentó ningún cambio a nivel observable en ninguna de sus etapas experimentales aquí presentadas, sin embargo, a nivel estructural, dichas mezclas estuvieron en constante cambio, por lo que se trata, evidentemente, de un cambio químico.

b. Disuelva una pequeña cantidad (aprox 0,5 g) de detergente en agua caliente, adicione 1 ml. De solución de sal de Epson (sulfato de magnesio) 1 parte en 2 de agua con algo de colorante. Observe el resultado. ¿Qué ocurre? 

La mezcla se separa, dejando el jabón en la superficie, por su naturaleza menos densa, el agua en la mitad y el magnesio como base, esto por la saturación del componente de magnesio que ‘’corta el jabon’’.

c. Disuelva media pastilla de Alka-seltzer en 50 ml de agua. ¿Se forma un nuevo compuesto? ¿Qué ocurre? Registre la temperatura del agua antes y después de la adición de la pastilla. 

Se forma un nuevo compuesto al mesclar las diferentes moléculas de antiácido, presentes en la pastilla, con el agua, sin embargo, la temperatura permaneció contante.

7.1. ¿La fotosíntesis es un cambio físico o químico? Describa el proceso y justifique su respuesta. Se trata de un cambio químico, puesto que la fotosíntesis es, en base, la transformación de compuestos inorgánicos en compuestos orgánicos utilizando como combustible, a modo de analogía, la energía lumínica. El proceso comienza con la absorción, por medio de diversos procesos que atañen a la estructura de la planta, de moléculas inorgánicas, como el dióxido de carbono, el nitrato y el azufre de sulfato, para luego reducir estos compuestos, con ayuda del agua y por ende de su estructura, y así convertir las moléculas inorgánicas, en orgánicas. 7.2 Explique el cambio químico que ocurre en una reacción nuclear, en que se diferencia con las reacciones químicas comunes? Al hablar del núcleo del átomo se dice que la carga de electricidad positiva de los protones está equilibrada por la carga negativa de los electrones que giran a su alrededor a cierta distancia. Hay algo que resulta difícil de entender, es el hecho de que los protones se encuentren reunidos en un espacio extraordinariamente pequeño y aparentemente no se rechacen entre sí, como ocurre entre cargas iguales. Hay una fuerza increíblemente grande, poderosa, que mantiene unidos a esos protones, es la energía nuclear. Las Reacciones Nucleares son aquellas donde se altera la composición de los núcleos atómicos liberándose enormes cantidades de energía.

Figura 3: cuadro entre reacciones 7.3 ¿Cuáles cambios energéticos detectó que ocurrieron en las reacciones que experimentó? 

Calentamiento de elementos b) En el proceso de sublimación del yodo se genera una reacción endotérmica y el proceso de deposición se lleva a cabo gracias a una reacción exotérmica.

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Calentamiento de compuestos b) Se genera una reacción endotérmica y se elimina la hidratación que tenía el sulfuro de cobre. c) Se genera una reacción endotérmica ya que el papel absorbe el calor generado y comienza a generarse una combustión orgánica.

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Reacciones de soluciones a) Carbonato de sodio más ácido clorhídrico genera una reacción exotérmica. b) Ya que en nuestra experiencia del experimento el agua no presento ningún cambio de temperatura al adicionarse el alka-setzer no se generó ni absorción ni desprendimiento de calor.

7.4 ¿El daño progresivo en la capa de ozono atmosférico, es un cambio químico? En qué consiste. Escriba las reacciones que ocurren.

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El ozono atmosférico lo producen principalmente los motores eléctricos, los relámpagos y la radiación ultravioleta solar con el oxígeno del aire. La capa de ozono es adelgazada o destruida por sustancias oxidantes como algunos hidrocarburos clorados, compuestos de nitrógeno y otros. Por lo tanto, es correcto concluir que se trata de una reacción química.

7.5. ¿En las siguientes ecuaciones que significado tienen los valores de Kcal? C(s) + O2(g) CO2(g) + 94 kcal 2HgO(s) + 43.4 kcal 2Hg(l) + O2(g) H2O(s) + 1.44 kcal H2O(l) H2O(l) + 9.72 kcal H2O(g) 7.6

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Kcal, hace referencia a kilocaloría, una unidad de energía térmica que fue definida como equivalente a 4,1868 kilojulio (KJ). La kilocaloría, como tal, es igual a la energía necesaria para elevar en un grado centígrado la masa de un kilogramo de agua. Las kilocalorías son esenciales para el ser humano ya que los mismos necesitan de energía para ejercer sus funciones y, de esta manera, se mide la cantidad de energía que aportan los alimentos, lo cual permite elaborar una dieta equilibrada y acorde con el gasto energético que el ser humano realiza diariamente.

Consulte el significado de los siguientes conceptos y agregue otros cinco nuevos a este glosario:

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Reacción: Es todo proceso termodinámico en el cual dos o más sustancias (llamadas reactantes o reactivos), se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos. Ecuación Química: Es una descripción simbólica de una reacción química. Reacción Nuclear: Es un proceso de combinación y transformación de las partículas y núcleos atómicos. Reacción exotérmica: Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprenda energía, ya sea como luz o calor.

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Reacción endotérmica: Se denomina reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe energía, normalmente en forma de calor. Temperatura: Es una magnitud referida a las nociones comunes de calor medible mediante un termómetro. Precipitado: Un precipitado es el sólido que se produce en una disolución por efecto de una reacción química.

 Combustión orgánica: toda reacción química, relativamente rápida, de carácter notablemente exotérmico, que se desarrolla en un compuesto denominado como orgánico, sin exigir necesariamente la presencia de oxígeno, con o sin manifestación del tipo de llamas o de radiaciones visibles.  Saponificación: es un proceso químico por el cual un cuerpo graso, unido a un álcali y agua, da como resultado jabón y glicerina.  Lipofílico: la sustancia llamada lipofílica es la que tiene afinidad y es soluble en lípidos, como aceites naturales, grasas animales, etc.  Hidrofílico: Una molécula hidrofílica es aquella que puede enlazarse temporalmente con el agua a través de un enlace hidrógeno.  Emulsión: es una mezcla de dos líquidos inmiscibles de manera más o menos homogénea.