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PRACTICA NUMERO 1

ESTUDIO DE ALGUNOS ELEMENTOS QUÍMICOS

ALEJANDRO SANTIAGO TRIANA BELTRAN. COD (1950045)

JUAN SEBASTIAN OROZCO GOMEZ. COD (1950046)

DORA C. RODRIGUEZ O.

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

DEPARTAMENTO DE QUIMICA PROGRAMA DE QUIMICA INDUSTRIAL

QUIMICA INORGANICA

CUCUTA 2019

Introducción. En esta práctica se llevó a cabo varios experimentos con el objetivo de poder observar ciertas características de algunas familias de elementos en la tabla periódica estas familias fueron los metales alcalinos algunos metales de transición y halógenos entre otras familias. Observamos reactividad con el agua, oxigeno la obtención de algunos óxidos metálicos y no metálicos y la identificación de los halógenos según el color y su reactividad relativa.

Objetivos. Los objetivos de la práctica eran poder identificar los elementos de la tabla periódica según algunas características y propiedades físicas y químicas.

Marco teórico. Para esta práctica se tuvo muy en cuenta la tabla de reactividad de los elementos químicos y las tendencias de la tabla periódica. Los elementos tienen la tendencia de parecerse a los gases nobles mas cercanos en cuanto su configuración electrónica en la ultima capa de electrones, los elementos menos electronegativos tienen la tendencia de ceder electrones a los elementos más electronegativos. En la figura 1 se muestra la tendencia de reactividad en la tabla periódica.

los metales alcalinos son los mas reactivos de la tabla periódica pues como solo tienen un electrón en su capa mas externa yendo desde el menos reactivo litio (Li) hasta el más reactivo francio (Fr), se les conoce como metales alcalinos por su reacción violenta con el agua. Con respecto a los halógenos en su mayoría son muy reactivos forman muchas sales y son oxidantes, entre los más oxidantes está el Cl y el Br, su elemento más reactivo es el flúor normalmente se une violentamente a temperatura ambiente con el resto de elementos excepto el oxígeno y el nitrógeno.

Materiales y reactivos.

Materiales

Reactivos

Cuchara de combustión

Agua de bromo

Espátula

Agua de cloro

Gradilla

Agua de yodo

Papel indicador

Azufre

Pinza de Cresol

Bromuro de sodio

Pinza de tubo de ensayo

Calcio

Vasos de precipitado 50 mL

Cloruro de sodio

Varilla de agitación

Cloruro de metileno Fósforo Magnesio Potasio Peróxido de hidrogeno Sodio Yodo

Procedimiento. Se empezó la practica observando la reactividad del Na, K, y Mg frente al agua, se tomó un poco de cada uno de los reactivos por separado y se introdujeron en un vaso de precipitado con 10 mL de agua destilada se anotaron las observaciones y se tomo el pH, siguiente a esto obtuvimos óxidos metálicos, tomamos una pequeña porción de Na y la colocamos en la cuchara de combustión, la colocamos en la llama del mechero hasta que se formara el óxido luego disolvimos el óxido en un poco de agua y observamos lo sucedido, después tomamos el pH, este procedimiento se realiza de igual forma con el K. Para el Mg tomamos una tirilla de unos 2 cm y la colocamos a la llama del mechero, con cuidado de no mirar fijamente la luz desprendida ya que es muy potente, se depositó el producto en un vaso de precipitado con agua destilada y se midió el pH. Para la obtención de óxidos no metálicos, solo se realizo con el azufre ya que no se tenia fosforo en el laboratorio, para este procedimiento se colocó un poco de azufre en la cuchara de combustión y se llevó a la llama del mechero una vez empezó a desprender gases, rápidamente se puso la cuchara de combustión en el Erlenmeyer con agua destilada y se tapó el Erlenmeyer con una toalla no permitiendo que el gas se escapara luego se retiró la cuchara con mucho cuidado y se tomó el pH introduciendo la varilla agitadora dentro del Erlenmeyer, el siguiente procedimiento a realizar fue la identificación de halógenos elementales por el color, para esto tomamos tres tubos de ensayo y agregamos respectivamente agua de cloro, yodo, bromo luego a cada tubo de ensayo agregamos cloruro de metileno 1 mL se agito y dejo reposar hasta que se separaron las capaz, se anotó el color. Para la reactividad de los halógenos se tomo dos tubos de ensayo se añadió a cada uno 1ml de agua de cloro, después a uno se le agrego 1 mL de NaBr 0.1 M y al otro 1mL de NaI 0.1M , siguiente a esto se le agrego 1mL de cloruro de metileno a cada tubo de ensayo, se tapó y se agito bien dejando reposar hasta que se formaran las dos capas y anotando los colores. Se tomó dos tubos de ensayo se añadió a cada uno 1ml de agua de bromo, después a uno se le agrego 1 mL de NaCl 0.1 M y al otro 1mL de NaI 0.1M , siguiente a esto se le agrego 1mL de cloruro de metileno a cada tubo de ensayo, se tapó y se agito bien dejando reposar hasta que se formaran las dos capas y anotando los colores.

Se tomo dos tubos de ensayo se añadió a cada uno 1ml de agua de yodo, después a uno se le agrego 1 mL de NaCl 0.1 M y al otro 1mL de NaBr 0.1M, siguiente a esto se le agrego 1mL de cloruro de metileno a cada tubo de ensayo, se tapó y se agito bien dejando reposar hasta que se formaran las dos capas y anotando los colores. Para terminar la practica se realizo el montaje de la sublimación del yodo, se colocaron tres cristales de yodo en vaso de precipitado y se tapo con un vidrio de reloj al cual se le puso encima unos cubos de hielo luego se llevo el montaje a una plancha de calentamiento y se calentó hasta que el yodo empezara a evaporar desprendiendo los gases.

Datos y resultado. Tabla 2 reactividad frente al agua, metales Elementos Na K Mg Ca

Observación la solución tomo un color plateado brillante la solución tomo un color plateado opaco. No se alcanzó a observa ningún cambia debido a que la reacción era muy lenta No se alcanzó a observar ningún cambio.

pH 12 14 6 12

Tabla 3 Reactividad frente al oxígeno, óxidos metálicos Elemento Na K

Mg

Observación

pH

Se formo un oxido color blanco y al agregar agua su 14 reacción fue muy rápida Al calentar se obtuvo un polvo color café, al 10 agregar agua al oxido se formó una solución color marrón Se obtuvieron una ceniza de color blanco al agregar 12 agua no hubo ocurrió nada

Tabla 4 Reactividad frente al oxígeno, óxidos no metálicos Elemento

Observación Libero gases al calentar y tomo un color naranja, al

S

agregarle agua tomo un color pardo.

Imagen 1 identificación de los halógenos elementales por el color

Imagen 2 reactividad relativa de los halógenos agua de cloro

pH 1

Imagen 3 reactividad relativa de los halógenos agua de bromo

Imagen 3 reactividad relativa de los halógenos agua de yodo

Sublimación del yodo

Se observo desprendimiento de un gas color rojizo, y la formación de cristales de yodo en la parte inferior del vidrio de reloj.

Imagen 4 cristales de yodo

Análisis de resultados Reactividad frente al agua.

En la reacción del sodio con el agua se observó cómo, a pesar de su tamaño, el trozo de sodio reacciono de una manera un poco violenta al entrar en contacto con el agua debido a la generación de hidrogeno. Luego de que reacciono, se tomó la medida del pH la cual denoto un pH de 12, que es bastante básico, lo que refleja que se formó una base fuerte. 2Na(s) + 2H2O --> 2NaOH(aq) + H2(g) En la reacción del potasio al tener un trozo un poco más grande que en el sodio se observó mucho mejor su reactividad, produciéndose una llama que a pesar de ser pequeña se pudo presenciar su poder. Cuando medimos el pH en este caso nos arrojó un resultado de 14 denotando así la formación de una base fuerte, incluso más fuerte que la formada en la reacción con el sodio. 2K(s) + H2O --> 2KOH (aq) + H2(g) Cuando se realizó la primera prueba de reactividad del magnesio, no se pudo obtener ningún resultado y se tuvo que llevar el agua a calentamiento para reintentar la reacción, pero a pesar de

esto no se pudo obtener ningún resultado más allá de un leve burbujeo que al medir el pH o añadir fenolftaleína no pudo denotar ningún cambio de pH lo que nos dio a entender que la reacción no ocurrió.

La reacción del calcio en agua no se pudo observar, pero, aun así, la reacción ocurrió ya que al medir el pH se pudo obtener un resultado de 12 lo que refleja que se formó la base, que en este caso es una base fuerte. Ca(s) + 2H2O --> Ca (OH)2 (aq) + H2(g)

Obtención de óxidos metálicos.

Al calentar el sodio en la cuchara se pudo observar emisión de gases y la formación de un oxido de color blanco que muestra la formación del Na2O. luego, al ponerlo en contacto con el agua reacciona de tal manera que el óxido aparentemente se evapora y se forma una base con un pH de 14. 4Na(s) + O2 (g) ---> 2 Na2O

De la combustión del magnesio se obtuvieron sus cenizas las cuales son el óxido de magnesio (MgO). Luego de esto le agregamos agua a las cenizas para observar la formación de la base y así poder estar seguros de que lo que se formó anterior mente fue el óxido de magnesio, el pH de la base tuvo un valor de 10. 2Mg (s) + C (g) ---> 2MgO

Al empezar la combustión del potasio, primero se tornó en una esfera de color plateado, que luego se reventó y permitió la formación del óxido el cual quedo adherido a la cuchara de combustión, luego procedimos a agregarle agua la cual al reaccionar se tornó de un color marrón, el cual arrojo un valor de pH de 12. 4K(s) + O2 (g) ---> 2 K2O

Obtención de óxidos no metálicos.

En el caso del azufre al exponerlo al calor empieza a tornarse desde un amarillo pálido hasta un amarillo más oscuro antes de llegar casi a un naranja antes de fundirse, luego de que se fundió se introdujo en un erlenmeyer con agua destilada, pero cuidando de que no e entraran en contacto y dejando que el azufre liberara el gas (SO2 , el cual pudimos identificar por su olor penetrante) dentro del erlenmeyer para que luego pudieran ser incorporados en el agua y que pudieran reaccionar. Luego de agitar, medimos el pH de la solución teniendo un valor de 1 lo que representa un ácido fuerte. S(s) + O2 (g) ---> SO2

Identificación de halógenos eleméntelas por el color.

En esta etapa tomamos como reactivos respectivamente el agua de cloro, bromo y yodo, en un tubo de ensayo cada una y en cada uno de estos se añadió cloruro de metileno, al agitar pudios comprobar que efectivamente los halógenos son más solubles en solventes no polares y además pudimos identificarlos por su color, siendo el color incoloro, el bromo de un amarillo pálido y el yodo de un color rojizo fuerte.

Reactividad relativa de los halógenos.

En los tubos con agua de cloro se pudieron observar que en el que contenía bromuro de sodio fue desplazado el bromo a la fase orgánica lo cual nos indicó que el cloro es más reactivo que el bromo y a su vez en el tubo con yoduro de sodio fue desplazado el yodo lo que vuelve a indicarnos que el cloro es más reactivo, así podemos concluir que el cloro es la especie más reactiva entre estas tres. En los tubos que contenían el agua de bromo el desplazamiento se presentó de la siguiente manera, en el que contenía el cloruro de sodio se observó un color amarillo pálido en la fase orgánica lo cual nos indica que fue desplazado el bromo. En el que contenía el yoduro de sodio la fase orgánica se presentó con una tonalidad rojiza que nos permitió identificar que en este caso el yodo fue la especie desplazada. Por último, en los tubos de ensayo que contenían el agua de yodo se observó de la siguiente forma, en el que estaba contenido el bromuro de sodio se pudo observar un color rojizo en la fase orgánica lo que nos permitió deducir que el yodo fue desplazado. En el que contenía el cloruro

de sodio nuevamente se observa esta tonalidad rojiza en la fase orgánica siendo nuevamente desplazado el yodo.

CONCLUCINES La reactividad frente al agua del sodio y el potasio no se puede observar de la misma manera, ya que en el sodio tiende a ser explosivo y en el potasio solo presenta llama, esto se debe a la gran liberación de hidrogeno cuando reaccionan sodio y agua, en cambio, el potasio en estado solido siempre esta almacenado en aceite lo al ponerlo en contacto con agua evita que la reacción sea explosiva. Según las pruebas que realizamos en el laboratorio con respecto a los halógenos, podemos definir un orden de reactividad en el cual el cloro es le mas reactivo, seguido por el bromo y el yodo es el menos reactivo de estas tres especies según lo evidenciado en el laboratorio.

ANEXO PREGUNTAS 1) ¿Sabe usted como se fabrican los llamados fósforos o cerillas caseras? - Los fósforos actuales están hechos de trisulfato de tetrafósforo (P4S3), clorato potásico como agente oxidante, parafina o azufre como agente reductor, goma como adhesivo y vidrio molido como relleno. Los fósforos se elaboran así, se extiende la mezcla y se clavan los palillos, que fueron preparados previamente siendo humedecidos en cera, para así formar la cabeza luego de dejarlos secar, también se les puede cubrir con una capa de barniz para protegerlos de la humedad.

2) ¿Qué es y en qué se diferencian la fosforescencia, la fluorescencia y la luminiscencia? - Fosforescencia: es la propiedad que tienen algunas sustancias de absorber energía de una fuente de luz para luego reflejarla durante un largo período de tiempo, después que la luz a la que estaban expuestas se ha quitado. - Fluorescencia: caracteriza a las sustancias que son capaces de absorber energía en forma de radiaciones electromagnéticas para luego emitirla, pero con una longitud de onda diferente, esto se ve reflejado en un cambio del color de la luz que proporciona la energía y la que es producida por este fenómeno. - Luminiscencia: es todo proceso de emisión de luz que no está arraigado a altas temperaturas, más bien se da a temperatura ambiente o incluso a altas temperaturas, también se les llama luz fría a los diferentes tipos de luminiscencia. - La diferencia entre estas tres radica en que la luminiscencia es el grupo general al que pertenecen estos tipos de emisión de luz y la diferencia entre estos 2 se observa

porque en la fosforescencia radica la capacidad de las sustancias en absorber la energía y reflejarla de una manera lenta y constante por tiempo prolongado, lo que podría relacionarse con una muy buena eficiencia en el uso de la energía que almacena, y en la fluorescencia la energía que es absorbida por la sustancia se libera de una manera más rápida y alterándose la longitud de onda original con la que fue absorbida esta energía. 3) Describa las propiedades del fósforo blanco, rojo y negro. - Fosforo blanco: es un alótropo común del fósforo y es altamente inflamable, se usó en la industria militar como agente fumígeno gracias a que es capaz de quemarse muy rápidamente y producir grandes pantallas de humo. - Fosforo rojo: es una de las formas alotrópicas del fósforo, se obtiene a partir del fosforo blanco a 250-270 °C, a diferencia del fosforo blanco, no es toxico, es el alótropo del fósforo que más se produce industrialmente. - Fosforo negro: fue preparado al llevar el fosforo blanco a altas condiciones de presión y temperatura, es el más estable y es conductor de la electricidad, tiene un gran potencial para ser usado como semiconductor en la electrónica, a pesar de que ya existen otros materiales que tienen propiedades similares, como el grafeno blanco. 4) Describa los métodos a nivel de laboratorio e industriales para obtener los elementos y sustancias que se trabajaron en esta sesión de laboratorio. - Obtención del sodio: Se obtiene mediante electrólisis de cloruro sódico seco fundido (célula Downs), que consiste en introducir en una cuba de paredes refractarias cloruro sódico fundido (junto con cloruro cálcico para rebajar el punto de fusión de la sal común desde 800 °C a 590 °C); el ánodo de grafito se eleva desde la parte inferior y en él se desprende cloro que se recoge por una campana de hierro cuyo borde rodea un canal en el que se acumula el sodio producido en el cátodo. Como subproducto se obtiene calcio. - Obtención de potasio: Reducción de cloruro de potasio fundido con sodio metálico en estado de vapor a 870 °C. - Obtención de magnesio: El método Down es el más económico y más importante para producir magnesio, el cual utiliza agua de mar como la materia prima más importante, el agua de mar debe estar tibia, limpia y no debe de estar diluida. Los pasos por los cuales se efectúa la extracción del magnesio son: Decantación: El agua de mar pasa por una compuerta la cual deja pasar el agua, en este punto tiene una estratificación del agua de alta densidad, y del agua de baja densidad. Se añade al agua de mar cloro en cantidad que deje por lo menos. 5 ppm de halógeno libre residual para impedir el desarrollo de algas marinas. Después se produce cal

con conchas de ostras, la cal es convertida en lechada en un apagador rotatorio. El hidróxido de calcio es sedimentado en tanques, de los cuales se extrae una lechada rica, mientras el líquido claro que queda de vuelve a someter al ciclo. La lechada se mezcla con un poco de sosa cáustica y se diluye para facilitar el control, la mezcla de sosa cáustica y cal se agita con agua de mar en el depósito floculador. Filtración: Esta operación se realiza en filtros Moore, conectados a un colector central de succión, cada filtro se hace descender a un pozo lleno de lechada y durante dos horas permanece ahí y se recoge el hidróxido de magnesio. Después de sacar el cesto del pozo se lleva por medio de una grúa hasta tanques de vaciamiento, en los cuales se separa lavando las hojas del filtro con aire a presión. Neutralización: Este paso comienza con la disolución de lechada, que en este momento contiene aproximadamente el 25% de hidróxido de magnesio en peso, para transformarla en una lechada bombeable. Esto se realiza en homogeneizadores por agitación con una solución de cloruro de magnesio que vuelve al ciclo. La lechada resultante con una consistencia de crema, se bombea a los neutralizadores equipados con agitadores de hélice recubiertos con caucho. En el primer tanque se añade 75% del ácido necesario y todo el hidróxido de magnesio. La neutralización se completa en el segundo tanque. Evaporación: Esta operación se realiza la eliminación casi completa del agua de la solución del cloruro de magnesio al 15%, por evaporación y reducción en la solubilidad del cloruro de sodio. Este paso se efectúa en cuatro unidades de evaporación sumergidas del tipo de combustión colocadas en serie. cada unidad está en comunicación con una torre de enfriamiento equipada con un precipitador electrostático. El paso siguiente es otra evaporación que se lleva a cabo en calderas de ebullición. Secamiento: Para eliminar el agua en exceso de la permitida para alimentar las cubas electrolíticas se calienta el líquido, de 50% de cloruro de magnesio a 170ºc en tuberías de monel, pulverizando en ellas seis veces su peso de sólido previamente secado en una mezcladora rotatoria. El material se almacena o se usa directamente en las celdas electrolíticas, que son equipo auxiliar de los secaderos, hace pasar

los gases de escape cargados de polvo por separadores calientes de ciclón para recuperar el cloruro de magnesio. Electrólisis: Se realiza en celdas electrolíticas Dow. Las celdas en trabajo están llenas de una mezcla de sales fundidas, que consta de 25% de cloruro de magnesio, 15% de cloruro de calcio, 60% de cloruro de sodio. El agua residual es evaporada al fundirse el material por el calor del baño. Sin ninguna dificultad puede añadirse material de alimentación que contenga de 10 al 20 % de agua a un baño que este a 700 °C, la adición se hace lenta y uniformemente.

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Por electrólisis se puede producir magnesio fundido y cloro gaseoso. El magnesio sube hasta la punta del electrolito y es dirigido por placas de hierro hacia los pozos colectores situados en la parte delantera de la celda, y el metal se saca a mano de los pozos en lingotes. Obtención de calcio Reducción aluminotérmica del óxido de calcio: una mezcla de cal pulverizada y aluminio en polvo se comprime en frío para aglomerarlo y se calienta a 1200 °C a alto vacío; así, se recoge el vapor del calcio.  Electrólisis de cloruro cálcico fundido: a la sal se le añaden como fundentes fluoruro cálcico y cloruro potásico (para disminuir el punto de fusión) y se calienta a 790 °C; como ánodo se utilizan placas de cobre y el cátodo es una varilla de hierro. Obtención azufre: el azufre existe en depósitos subterráneos de manera elemental y es explotado por el método de frash el cual consiste en inyectar agua sobrecalentada en el depósito por medio de un sistema con 3 tubos concéntricos, el agua se inyecta por el tubo exterior, luego de que el azufre se funde se inyecta aire a presión por el tubo central y el al final el azufre sube por el tubo intermedio, por este método se obtiene un azufre extremadamente puto (99.5-99.9%).

Obtención de cloruro de sodio: se obtiene por medio de la evaporación de aguas saladas, como por ejemplo el agua de mar, o de salmueras, por este proceso, generalmente se deja aislada una porción de agua de mar para que por efectos del sol y del viento se seque el agua y luego pueda ser recogida la sal, aunque con bastantes impurezas. Obtención de bromuro de sodio: obtención de yoduro de sodio:

https://fisicayquimica.educarex.es/es/el-atomo-y-sus-enlaces/videos/241-lareactividad-de-los-metales-alcalinos http://www.educamix.com/educacion/3_eso_materiales/b_iii/conceptos/conceptos_b loque_3_4.htm https://historiaybiografias.com/cerillas/ http://www.quimicaweb.net/tablaperiodica/paginas/tp.htm