1

Gaudint

la Química

Facultat de Química

Laboratori de Química per a

estudiants de Batxillerat

Nom i cognoms:…………………………………………

Col.legi/IES:…………………………………………............

2

Organitza:

- Deganat de la Facultat de Química

- Professor Especialista de Química de Batxillerat

- Delegació del Rector per a la Incorporació a la Universitat

- Vicerectorat d'Estudis

Persones de contacte:

Pilar Campins Falcó e-mail: pilar.campins@uv.es

Carmen Victoria e-mail: carmen.victoria@uv.es ���� 96-354-4470

Professors i tècnics que col·laboren en aquest curs:

Rafael Ballesteros (Professor Titular, Departament de Química Orgànica)

Juan J. Borrás (Professor Titular, Departament de Química Inorgànica)

Pilar Campins (Catedràtica, Departament de Química Analítica)

Emili Escrivà (Professor Titular, Departament de Química Inorgànica)

Francisco Estevan (Professor Titular, Departament de Química Inorgànica)

Jose V. Folgado (Professor Titular, Departament de Química Inorgànica)

Salvador Gil (Professor Titular, Departament de Química Orgànica)

Clara Gómez (Professora Titular, Departament de Química Física)

Rosa Herráez (Professora Titular, Departament de Química Analítica)

Carmen Molins (Professora Titular, Departament de Química Analítica)

José Mª Moratal (Catedràtic, Departament de Química Inorgànica)

Luis E. Ochando (Professor Titular, Departament de Geologia)

Margarita Parra (Professora Titular, Departament de Química Orgànica)

Juan L.Pascual- Ahuir (Professor Titular, Departament de Química Física)

Mª Teresa Picher (Professora Titular, Departament de Química Orgànica)

Adela Sevillano (Professora Titular, Departament de Química Analítica)

Ignacio Tuñón (Professor Titular, Departament de Química Física)

Ramón Zaragozá (Professor Titular, Departament de Química Orgànica)

Teresa Climent (Tècnic Lab, Laboratori de Química General)

Teresa García (Tècnic Lab, Departament de Química Analítica)

Anabel Terraes (Tècnic Lab, Departament de Química Inorgànica)

3

ÍNDEX

1.- Introducció i Objectius

2.- Una Química al servei de la Humanitat

3.- Els Estudis de Química

a) Objectius docents

b) Eixides professionals

4.- Mesures de Seguretat Bàsiques al Laboratori

5.- Pràctiques

1) Recobriment electrolític: Electrodiposició de coure sobre un "clip"

2) Síntesi de Niló 6,10

3) Com esbrinar la composició d’una dissolució desconeguda mitjançant

anàlisi químic qualitatiu

4) Difusió de gasos: La formació accidental de clorur d’amoni

5) L’oxigen i l’aigua

6) Experiments demostratius a realitzar pel professor:

a) Experiments amb nitrogen líquid

b) Reaccions fortament exotèrmiques

6.- Passatemps químics

4

1. INTRODUCCIÓ I OBJECTIUS

La Universitat de València i, més concretament la Facultat de Químiques,

obri novament les seues portes per a organitzar unes Jornades de Pràctiques

dirigides als estudiants de Batxillerat.

Els objectius que es persegueixen són diversos. En primer lloc, es pretén

contribuir a la difusió de la Química entre els estudiants de Batxillerat i en

segon lloc, establir vies de comunicació entre els professors de tots els nivells

d'educació, per a coordinar accions dirigides a una millor comprensió de la

disciplina.

La jornada, que se celebrarà en els laboratoris docents de la Facultat de

Químiques baix la supervisió de professors de la pròpia facultat i dels centres

de batxillerat, tindrà una duració total de 3h i 30 min.

Després d'un breu acte de benvinguda per part de l'equip deganal (20

min), els estudiants passaran als laboratoris, on es realitzaran diverses

activitats en un temps màxim de 180 min. S'iniciarà la sessió amb una

introducció a les normes de seguretat i tractament de residus.

Posteriorment, els estudiants iniciaran el treball experimental segons

l'esquema proposat.

En la present edició s'han dissenyat cinc experiències distintes, dos de les

quals realitzaran tots els estudiants (Pràctiques 1 i 2), mentre que de les tres

restants (Pràctiques 3, 4 i 5) els centres triaran una o dos fins a completar, com

a màxim, 150 minuts de treball experimental al laboratori.

Per això, s'ha estimat en minuts el temps que els estudiants invertiran en

la realització de cada una de les experiències. El temps que queda (uns 30

min) s'aprofitarà per a la visualització d'unes demostracions a càrrec dels

professors.

Desitgem que la programació que s'ha elaborat satisfaça les expectatives

de tots vosaltres, que aprengueu i gaudiu molt al laboratori, com nosaltres hem

gaudit amb la preparació i, en qualsevol cas, esperem que amb els vostres

suggeriments puguem millorar la programació per a l'any que ve.

5

2. UNA QUÍMICA AL SERVEI DE LA HUMANITAT

En primer lloc caldria recordar què és la Química i quin és el seu interès.

La Química es defineix com la Ciència que estudia la composició i propietats

de la matèria, així com les transformacions que aquesta matèria experimenta.

Ja que el propi cos humà, l'aigua, l'arena, els aliments, els productes de

consum diari, són tots formes de matèria, podem entendre fàcilment que la

Química està present en tot moment en la nostra vida.

Efectivament, trobaràs Química en quasi tots els aspectes de la teua vida

diària: l'aliment que ingereixes, les peces de roba amb què et vesteixes, els

vehicles, ordinadors i CD's que uses, els medicaments que prens quan no et

trobes bé, l'aire que respires, l'aigua que beus i per descomptat en les

monedes i bitllets amb què adquireixes tot l'anterior, per citar alguns pocs

exemples.

La Química s'utilitza en els xips de l'ordinador, perfums, fibres sintètiques,

plàstics, medicaments, cosmètica, adobs, explosius, focs artificials, sabons i

detergents, il·luminació, comunicacions, recobriments electrolítics, piles i

bateries, ceràmiques, vidres de seguretat, pintures, alimentació, ...

La Química, com a Ciència, ens dóna la capacitat de conèixer i

comprendre com funciona l'Univers. D'altra banda, la Tecnologia proporciona

l'art o l'habilitat d'aplicar el coneixement obtingut a partir de la Ciència.

Segons la Tecnologia que apliquem, el coneixement obtingut per mitjà de

l'estudi de la Química podrà ser beneficiós o perjudicial per al

desenvolupament dels éssers humans. Així el coneixement químic es pot

utilitzar per a preparar compostos adequats per al control de plagues o per a

fabricar fertilitzants necessaris per al desenvolupament d'una agricultura

intensiva, tan necessària en un món tan poblat.

6

D'altra banda és a la vegada essencial en el disseny i preparació de nous

fàrmacs així com de mètodes per al diagnòstic precoç d'algunes malalties. No

obstant això, un mal ús de la ciència pot desembocar en la fabricació de gasos

tòxics que es poden usar en atemptats terroristes com el perpetrat en el metro

de Tòquio, fa uns anys, amb gas Sarín, o per a construir bombes potents

capaces d'aniquilar als éssers humans.

Per tot això, és molt important que els nostres professionals de la Química

tinguen uns valors i principis ètics que permeten que la seua activitat

professional vaja dirigida a contribuir al desenvolupament de la humanitat amb

un mínim impacte mediambiental.

3. ELS ESTUDIS DE QUÍMICA

A) Objectius docents

Els ensenyaments impartits en la Llicenciatura en Química han de

proporcionar al futur químic uns coneixements bàsics, tant teòrics com pràctics,

que li capaciten per a l'exercici professional en la indústria, en l'ensenyament

(en els seus diferents nivells), així com en la investigació i qualsevol altra

activitat relacionada amb la síntesi, purificació, anàlisi, caracterització

estructural, propietats, reactivitat, arbitratge, peritatge, taxació i aplicació de

substàncies químiques.

Per tant, els objectius docents han de conduir a proporcionar una

formació científica sòlida en els aspectes bàsics i aplicats de la Química.

B) Eixides professionals

El Llicenciat en Química pot desenvolupar la seua activitat professional en

qualsevol empresa on s'obtinga un producte químic, però també en les empreses

que el comercialitzen o l'apliquen.

Sense pretendre ser exhaustiu, s'indiquen a continuació algunes de les

eixides professionals per als químics:

1) Indústria química:

7

- Petroquímica, - Plàstics i cautxú - Productes farmacèutics

- Alimentació - Gasos industrials - Detergents i sabons

- Fertilitzants - Comerç químic - Colorants i pigments

- Fitosanitària - Assaonat de la pell - Vidre i Ceràmica

- Metal·lúrgica - Plantes depuradores - Pintures i Vernissos

- Electroquímica - Tractament de residus - Perfumeria i Cosmètica

- Fibres químiques - Plantes de potabilització - Productes de neteja

2) Investigació bàsica o aplicada (I+D+i)

- Organismes públics o privats

3) Ensenyament: (centres públics o privats)

- Universitari, Batxillerat i ESO.

4) Administració Pública (Estatal, Autonòmica o Local)

-Laboratoris Municipals,Provincials o Estatals, d'anàlisi química i biològica

-Químic de Duanes

-Hospitals

-Tècnic de l'Administració Pública

5) Professions liberals

- Laboratoris d'anàlisi i control de qualitat

- Dictàmens, certificats, peritatges i taxacions

- Projectes

- Estudis d'impacte ambiental, ......

8

4. MESURES DE SEGURETAT BÀSIQUES AL LABORATORI

¡NO!

El laboratori és un lloc de treball seriós, no exempt de perill, per la qual cosa

s’ha de respectar una sèrie de normes de seguretat que evite possibles

accidents, tant per un desconeixement del que s’està fent com per un

comportament incorrecte (com córrer, donar empentes o jugar al laboratori).

Per tant, per la vostra seguretat i la dels vostres companys, heu de complir les

següents normes.

NORMES PERSONALS

1. Durant l’estada al laboratori l’alumnat haurà de portar

obligatòriament ulleres de seguretat i bata. (Que se’ls

proporcionaran a l’entrar al laboratori)

2. Els guants hauran d’utilitzar-se durant la manipulació de

productes càustics i tòxics.

3. El cabell llarg haurà de portar-se recollit.

4. Està terminantment prohibit fumar o consumir aliments o

begudes al laboratori.

5. No s’ha de dur a la boca cap producte químic per a

conèixer el seu sabor, ni tampoc tocar-los amb les mans,

excepte indicació expressa.

NORMES PER A LA UTILITZACIÓ DE PRODUCTES QUÍMICS

9

6. Evitar el contacte dels productes químics amb la pell.

7. Si accidentalment es vessa un àcid o algun altre producte

químic corrosiu, s’ha de rentar immediatament amb aigua

abundant.

8. Per a detectar l’olor d’una substància, no es deu col·locar

la cara directament sobre el recipient: utilitzant la mà

oberta a mode de pantalla, és possible fer arribar una

xicoteta quantitat de vapor fins el nas.

9. Abans d’utilitzar un compost, assegurar-se bé de que és el

que es necessita, fixar-se bé amb el rètol.

10. Els àcids requereixen una cura especial. Quan volem

diluir-los, mai s’abocarà l’aigua sobre l’àcid; sempre al

contrari, és a dir, l’àcid sobre l’aigua.

11. Abans d’utilitzar qualsevol producte, hem de fixar-nos en

els pictogrames de seguretat de l’etiqueta, a la fi de

prendre les mesures preventives oportunes.

10

12. Quan s’escalfe una substància en un tub d’assaig, l’extrem

obert del tub no ha de dirigir-se a cap persona situada a

prop a fi d’evitar accidents.

NORMES PER A LA UTILITZACIÓ DE LES BALANCES

13. Quan es determinen masses de productes químics amb la

balança, s’utilitzarà paper d’alumini (o vidre de rellotge si el

producte és corrosiu) a mode de recipient. Mai col·locar els

productes directament sobre el plat de la balança.

14. S’ha de evitar qualsevol pertorbació que conduïsca a un

error, com vibracions degudes a cops forts, aparells elèctrics

en funcionament, bufar per damunt dels plats de la balança,

etc.

NORMES PER AL TRACTAMENT DELS RESIDUS

La política de minimització dels residus d’aquesta Universitat va començar

al curs 1996-1997 amb un estudi sobre la situació, classificant-los en urbans o

assimilables a urbans, perillosos i sanitaris. A partir del curs 1998-1999 es varen

instal·lar contenidors per a la recollida selectiva de paper/cartró, vidre, alumini, i

plàstic amb l’objectiu de facilitar el seu possible reciclatge. Els residus denominats

pròpiament de laboratori pertanyen en la seua majoria a residus perillosos que

s’han de sotmetre a un procés físico-químic per a una possible utilització

11

posterior, sent gestionats per una empresa autoritzada. Cada sis mesos es retiran

del magatzem situat en el campus de Burjassot.

15. En el cas de les pràctiques que ens ocupen, s’han habilitat

en el laboratori contenidors degudament etiquetats on

s’introduiran els residus generats.

NORMES D’EMERGÈNCIA

16. En el cas d’haver d’evacuar el laboratori, eixir de forma

ordenada seguint en tot moment les instruccions que haja

donat el professor/a.

12

ACTIVIDAD 1

Assenyala en el següent plànol on es troben els diferents equips

d’emergència; indica-ho amb les lletres D, E, M, B, AB, AL, S i V segons

corresponga.

D - Dutxes i renta-ulls

E - Extintors

M - Mantes ignífugues

B - Farmaciola

AB - Absorbent per a abocaments

AL - Alarma d’emergència

S - Eixida d’emergència

V - Recipient per al vidre trencat

EQUIPS D’EMERGENCIA

Laboratori de Química General

Seminario

Seminario Almacén Despachos

Mesas Mesas

Mesas

Mesas Mesas

Mesas

Mesas

Mesas

VITRIN

AS

VITRIN

AS

VITRIN

AS

13

14

Entrada

VITRIN

AS

Mesas

Mesas

Mesas

Mesas

Balanzas

Almacén Sala

instrumental

Entrada

VITRIN

AS

Mesas

Mesas

Mesas

Mesas

Balanzas

Despacho

EQUIPS D’EMERGÈNCIA

Laboratori de Química Física I

Laboratori de Química Física II

15

5. PRÀCTIQUES

5.1. ELECTRODIPOSICIÓ DE COURE (aprox. 60 minuts)

INTRODUCCIÓ.

Segons el Diccionari de la RAE (Real Academia Española),

l’electroquímica és “la part de la física-química que tracta de les lleis referents a la

producció de l’electricitat mitjançant combinacions químiques, i de la seua

influència en la composició dels cossos”. Aquest enunciat sintetitza l’àrea

d’actuació d’una rama de la ciència i la tecnologia que està present en situacions

tan comuns com l’ús de piles per al funcionament d’aparells elèctrics i de bateries

per a l’arrancada dels vehicles a motor, o la pèrdua de propietats d’un objecte

metàl·lic degut a la corrosió. L’electroquímica està també implicada en una

varietat de processos industrials amb una forta rellevància econòmica i comercial,

com és el cas, per exemple, de l’obtenció d’alumini, niló o clor, la fabricació de

microxips, el metal·litzat de claus i ferramentes, el recobriment de peces

d’automòbils, vaixells i avions, la recuperació de metalls pesats en aigües

residuals industrials, etc. A la vista de tot açò, està clar que les tecnologies

electroquímiques ocupen un lloc principal en l’economia moderna, proporcionant

materials, processos i dispositius essencials per al progrés i el benestar de la

societat. Un estudi editat en 1990 pel National Research Council d’Estats Units

xifrava en 30.000 milions de dòlars la contribució de l’electroquímica al producte

nacional brut d’aquest país, estimant a més a més en 20.000 milions de dòlars

anuals l’increment d’aquesta xifra al llarg de la següent dècada. L’expansió de

mercats emergents en àrees com la microelectrònica i les microtecnologies, els

sensors, els tractaments superficials, les tecnologies de membrana, les bateries

avançades i les piles de combustible, entre altres, ha contribuït sens dubte a

l’increment de la importància industrial i econòmica de l’electroquímica. Per la

seua banda, a Espanya existeixen més de 2.000 empreses que utilitzen les

tecnologies electroquímiques com a part essencial del seu procés productiu.

S’estima també que al menys altres 2.000 inclouen en alguna de les fases de la

seua activitat algun procés o fenomen electroquímic.

16

Recobriments electrolítics

Els processos de recobriments electrolítics consisteixen en dipositar per via

electroquímica fines capes de metall sobre la superfície d’una peça submergida

en una dissolució d’electrolit. En aquest procés, la part que va a ser recoberta

constitueix el càtode d’una cel·la electrolítica. L’electròlit és una sal que conté

cations del metall de recobriment. S’aplica un corrent continu mitjançant d’una

font d’alimentació, tant a la part que va a ser recoberta com a l’altre electrode. Els

camps d’aplicació dels recobriments electrolítics són molt diversos. Sens dubte

els més coneguts són aquells la finalitat dels quals és la protecció anticorrosió (en

els que parts metàl·liques sensibles es protegeixen de la corrosió per

electrodeposició, per a produir una fina capa protectora de metall) o els practicats

amb finalitat decorativa. Per exemple, entre els primers (protecció anticorrosiva)

podem citar el recobriment amb crom (cromat), amb níquel (niquelat), zinc

(galvanitzat) o estany (estanyat). Entre els recobriments amb finalitat decorativa, a

més a més d’alguns dels ja citats (cromat, niquelat) podem mencionar entre els

més coneguts el platejat (recobriment amb plata), recobriment amb coure o el

xapat amb or.

OBJECTIUS DE LA PRÀCTICA

En aquesta pràctica es realitza un

senzill experiment d’electrodeposició de coure.

Es tracta de construir una cel·la electrolítica

amb una font externa d’alimentació elèctrica i

d’observar en ella l’electrodeposició d’una

capa de coure sobre un objecte d’acer

inoxidable, com per exemple un clip, que actua

com càtode de la cel·la. L’electrolit és una

dissolució de sulfat de coure(II) que aporta

iones Cu2+. Per últim, l’ànode és una làmina

de coure metàl·lic (ver figura 1).

⇐ Cu2+

A

Objetoa recubrir

Cátodo Ánodo

+-

Figura 1

17

Els processos d’electrode són:

oxidació del coure metàl·lic en l’ànode: Cu ⇒ Cu2++ 2e-

reducció dels ions Cu2+ en el càtode: Cu2++ 2e- ⇒ Cu.

D’aquesta manera, en el càtode es va formant un precipitat de coure que

es diposita com una fina capa de color rogenc en la superfície del clip.

REALITZACIÓ EXPERIMENTAL

El muntatge que realitzarem és el representat

en la figura 2.

1) Es doblega una lámina/fil de coure per un

extrem perquè puga subjectar-se a la vora del

recipient que conté la dissolució de sulfat de

coure, però sense introduir-lo encara a dins

d’aquesta dissolució.

2) Es desdoblega un clip metàl·lic per a que

augmente la superfície de contacte amb la dissolució

de sulfat de coure, deixant una part doblegada

perquè puga subjectar-se a la vora del recipient, però

sense introduir-lo encara a dins d’aquesta dissolució.

3) Es pesan el clip i el coure en balança d’almenys 3 xifres decimals, anotant les

corresponents masses en el quadre de “resultats”. Per a aquesta operació es

manipulen ambdues peces amb unes pinces.

4) Es col·loquen la làmina/fil de coure i el clip dins del recipient amb la dissolució

CuSO4 1M, evitant que es toquen entre ells i de forma que la part doblegada més

menuda quede fora del recipient i la part més gran, introduïda dins del sulfat de

coure.

18

5) Es connecta el cable unit al pol negatiu de la

pila (el qual acaba en una pinça) a l’objecte que

anem a recobrir (clip), evitant que la pinça entre en

contacte amb la dissolució de sulfat de coure.

6) Es connecta a l’amperímetre (presa mA) el cable unit al

pol positiu de la pila. El selector de mesures de

l’amperímetre ha de situar-se en la posició 200 mA (de

corrent continua)

7) Es posa a zero el cronòmetre.

8) Es connecta un tercer cable, pel seu extrem

acabat en pinça, a la làmina/fil de coure. Quan aquest

cable es connecte a l’amperímetre, el circuit quedarà

tancat, per tant s’ha d’estar molt atent per a posar en

marxa el cronòmetre.

9) Es connecta aquest tercer cable a l’amperímetre

(presa COM) i inmediatament es posa en marxa el

cronòmetre i es deixa que es produïsca la

electrodiposició durant 10 minuts.

10) S’anota en el quadre de “resultats” el valor de la intensitat de corrent que

circula a l’inici de la electrodiposició (I0), als 5 minuts (I5) i al final del procés (I10).

11) Una vegada transcorreguts 10 minuts (anoteu el temps exactament

transcorregut expressant-lo en segons) s’obri el circuit desconnectant qualsevol

19

dels cables, per a que deixe de circular el corrent (el cronòmetre apagat no

significa que el corrent deixa de passar).

12) Se trauen la làmina de coure i el clip, retant-los amb un poc d’aigua sota

l’aixeta per a eliminar el sulfat de coure. Observeu l’aspecte d’ambdós.

S’assequen amb un tros de paper amb cura de no gratar el coure dipositat al clip.

13) Es pesen en la mateixa balança que al principi i s’anoten les masses al

quadre de “resultats”.

RESULTATS I DISCUSSIÓ

Massa inicial Massa final variació

Clip

Làmina de coure

t = 0 minuts t = 5 minuts t = 10 minuts

Intensitat

Intensitat mitjana I = (ampers)

Temps t = (segons)

A partir d’aquestes dades experimentales obtingudes i coneixent el temps que ha

durat la electrodeposició així com la intensitat de corrent que ha circulat, pot

comprovar-se la validesa de la primera llei de Faraday. Aquesta llei enunciada per

Michael Faraday l’any 1833, indica que: “La massa de substància alliberada en

una electròlisi és directament proporcional a la quantitat d’electricitat que ha

passat a través de l’electròlit”. És a dir, existeix una relació simple entre la

quantitat d’electricitat que passa a través de la cel·la electrolítica i la quantitat de

substància dipositada en el càtode; ambdues quantitats són directament

proporcionals. Durant el procés d’electrodeposició, com coneixem la intensitat de

corrent que ha circulat (I, expressada en ampers) i el temps que ha durat la

20

mateixa (t, mesurat en segons) podem calcular la quantitat de càrrega elèctrica

(Q, en coulombs):

Q = I×t =

Per altra banda, sabem que la càrrega d’un mol d’electrons, la denominada

constant de Faraday (F) equival a 96485 C mol-1. D’aquesta manera podem

averiguar fàcilment els mols d’electrons que han circulat:

ne- = Q/F =

Finalment, podem calcular la massa de coure dipositada en el càtode a partir de

la estequiometria del procés: Cu2++ 2e¯ → Cu.

nCu(II) = ne-/2 =

m Cu(II) = nCu(II) × Ar(Cu) = nCu(II) 63.55 =

Compareu el valor calculat amb les variacions observades en el pes de la làmina

de coure i el clip metàl·lic.

BIBLIOGRAFIA R. H. PETRUCCI, W. S. HARWOOD y F. G.HERRING, QUÍMICA GENERAL. 8.A EDICIÓN. PRENTICE HALL. MADRID, 2002 R. CHANG, QUÍMICA (7ª EDICIÓN) mCgraw hill, MADRID, 2003

21

5.2. SÍNTESI DE NILÓ (aprox. 30 minuts)

INTRODUCCIÓ

Com vam indicar al principi d'aquest quadern, la química estudia la

transformació de la matèria. En aquest sentit l'home no sols ha preparat materials

nous d’interès, sinó que des de molt antic ha explotat el que les fonts naturals li

han proporcionat. En aquest apartat anem a parlar, molt breument, d'un conjunt

de compostos que per la seua estructura general es diferencien en les seues

propietats de les molècules discretes a les que estem acostumats.

Ens referim als polímers, aquest són estructures constituïdes per un gran

nombre d'unitats (poli = molts; mer = unitat).

Són polímers naturals, el cotó i la cel·lulosa (carbohidrats), la seda i la llana

(proteïnes) i el cautxú (hidrocarburs), entre altres, que com tots sabeu són

materials que utilitzem quotidianament.

Els polímers també poden ser d'origen sintètic, de fet l'home ha

desenvolupat procediments industrials per a la preparació de productes d’interès.

Un d'ells és el niló que com tots sabem (o sabrem en un moment donat) es tracta

en general d'un conjunt d'estructures de poliamida (per l'agrupació amida

repetitiva en la cadena) que té com a característiques principals una gran

resistència i capacitat de filar-se el que fa que puga utilitzar-se com a fibra.

Una fibra polimèrica és un polímer les cadenes del qual estan esteses

linealment una al costat de l'altra al llarg d'un eix.

Els polímers ordenats d'esta manera poden ser filats i usats com a tèxtils.

Tot això es deu a la intensitat de les interaccions intermoleculars que

s’estableixen entre cadenes.

No hem d'oblidar que les molècules no estan aïllades sinó que interaccionen

amb les entitats químiques que tenen al seu voltant d'ací que parlem

d'interaccions intermoleculars, ja siga amb molècules del dissolvent o molècules

veïnes. Són interaccions dèbils però responsables de l'estat d'agregació de la

matèria. Els enllaços per pont d'hidrogen i altres més dèbils mantenen fortament

unides les cadenes encara que se sotmeta a la fibra polimèrica a fortes estirades.

22

OBJECTIUS

Obtenció i maneig d'un polímer lineal.

Estudi d'una reacció de condensació.

En aquesta experiència anem a sintetitzar un polímer molt utilitzat industrialment,

com és el niló 6,10. Com a curiositat direm que NYLON és l’acrònim de New York-

London. Per a això farem reaccionar una diamina amb un derivat d'àcid carboxílic

per a formar l'agrupació amida característica d'estes poliamides.

En aquest cas, les interaccions per pont d'hidrogen entre els grups NH de l'amida

i les agrupacions carboníliques de cadenes veïnes aporten al dit material les

propietats que el caracteritzen.

NH

HN

O

O

NH

NH

O

NH

HN

O

O

NH

NH

O

NH

HN

O

O

NH

NH

O

23

Equació química

Figura: Niló 6,10

PREGUNTES PRÈVIES

- Si en comptes d'afegir una diamina, utilitzàrem una monoamina (1-hexilamina),

què creus que obtindríem? Seria un polímer?

- En la reacció química exposada en l’equació de dalt, quin altre producte es

formarà?

(Una pista: l'hidròxid de sodi el neutralitza)

MATERIAL REACTIUS

Got de precipitats de 20 mL

Na2CO3·10 H2O (5 g de Na2CO3·10 H2O / 100 mL

aigua) Proveta de plàstic o alguna cosa

similar per a enrotllar el fil

Cloruro de sebacoil, sebacoyl dichloride

(decanedioyl dichloride) (10 g en 100 mL d’hexà)

Pinces 1,6-hexametilendiamina, 1,6-diaminohexane

(4 g de 1,6-diaminohexane es dissolen en 100 ml

de Na2CO3 aquós)

Hexà, hexane. Fenolftaleina 1 % en etanol

PROCEDIMENT EXPERIMENTAL

Avís: Es treballarà en vitrina, amb ulleres i guants

S’aboquen 2 mL d’una dissolució d’hexametilen-

diamina en un vas de precipitats de 20 mL

perfectament net.

24

S’afegeixen 2 gotes de fenolftaleïna.

A partir d’aquest moment el got es deixarà en

repòs i sense moure’l.

Es prenen, amb una pipeta de plàstic, 2 mL de

la dissolució de clorur de sebacoyl y

s’aboquen lentament, per la paret del vas,

sobre la dissolució d’hexametilendiamina.

Es formaran dues capes i inmediatament apareixerà

una pel·lícula de polímer en la interfase. Amb ajuda

d’unes pinces, es desenganxen suaument els fils de

polímer de les parets del vas de precipitats.

S’ajunta la massa en el centre del vas, s’alça lentament la pinça de manera que la

poliamida vaja formant-se contínuament i s’obtinga un fil de gran longitud que

s’enrotllarà al voltant de la proveta de plàstic. El fil pot trencar-se si s’estira amb

massa rapidesa, però serà molt gruixut si es va molt lent, és per tant que la

persona més “hàbil” aconseguirà el fil més llarg.

25

Una vegada finalitzat el procés, la

proveta amb el fil enrotllat es renta

sota l’aixeta per eliminar les restes

de dissolvent i el niló obtingut es

desenrotlla sobre la bancada per a

amidar la seua longitud.

La dissolució que ha sobrat en el vas es dipositarà en el recipient de residus per

dissolvents halogenats. El vas es rentarà amb aigua i sabó, fregant amb el fregall

per eliminar possibles restes de niló sobre les parets.

OBSERVACIONS EXPERIMENTALS I QÜESTIONS.

- Per què cal rentar diverses vegades amb aigua el polímer abans d'assecar-lo?

- Per què cal addicionar lentament i per la paret del got la dissolució de clorur

d'adipoíl?

- Per què es formen dos capes? Què hi ha en cada una d'elles? Què ocorre en la

interfase?

BIBLIOGRAFIA

Horta, A., Sánchez, C.; Pérez, A.; Fernández, I., Els Plàstics més usats. UNED

, 2000. Madrid

Primo Yúfera E. Química Orgànica Bàsica. De la molècula a la Indústria. Ed. Reverté. 1995.

Vollhardt, K.P. Schore N.S. Química Orgànica. Estructura y Función. Tercera Ed. Omega, Barcelona, 2000.

Areizaga, J.; Cotázar M.M.; Elorza, J.M.; Iruin, J.J., Polímeros, Ed. Síntesis. 2002.

http://mmedia.uv.es/buildhtml?lang=es_ES&user=tcliment&name=nylon.mp4&path=/BACHILLER/&id=8034&auth=DT257VUITH

26

5.3. COM ESBRINAR LA COMPOSICIÓ D'UNA DISSOLUCIÓ DESCONEGUDA

PER MITJÀ D'ANÀLISI QUALITATIVA? (aprox. 60 minuts)

INTRODUCCIÓ

INTERÉS DE L'ANÀLISI QUALITATIVA

El químic i el medi ambient

La química és una ciència que proporciona els coneixements fonamentals

necessaris per a respondre a la majoria de les demandes de la societat: és un

component essencial en els esforços de l'home per a alimentar a la població, per

a generar noves fonts d'energia, per a trobar substituts rars o en vies d'extinció,

per a millorar la salut, per a controlar i protegir el nostre medi ambient, per a la

preparació de nous materials d’interès.

No obstant, hi ha molts prejudicis sobre la química: en molts ambients esta

paraula s'ha convertit en sinònim de contaminació, manipulació, desnaturalització,

etc. Centrant la nostra atenció en el medi ambient, tots podem coincidir que és

necessari i urgent mantenir-lo en les millors condicions possibles. Des de la

revolució industrial i, especialment en les últimes dècades, les activitats humanes

han causat pertorbacions significatives en el medi ambient. Destaquen

l'escalfament global, la pluja àcida, la reducció de la capa d'ozó, l'acumulació de

residus tòxics i l'empobriment dels recursos d'aigües naturals. El nombre de

compostos contaminants que s'introdueixen en el medi ambient supera la xifra de

60000.

De particular importància és el problema dels abocaments contaminants a

l'aigua. Esta és el medi fonamental per a la vida i és crucial per a les activitats

27

humanes. La circulació de l'aigua a través dels diferents reserves naturals es

coneix com a cicle de l'aigua (vore Figura 2).

La química ens ofereix les ferramentes necessàries per a detectar i resoldre la

contaminació dels nostres rius, llacs, mars, etc.

Com a exemple en esta pràctica es va a detectar la presència de níquel, coure i

crom a nivells superiors als permesos en aigües de consum. Les fonts que

generen més emissions metàl·liques són la mineria (As, Cu, Cd, Pb, Mn i Hg),

tractament de superfícies (Cd, Cr, Cu, Ag i Zn), indústria en general (B, Cd, Cu,

Fe, Pb,Mn, Hg, Mo, Zn i Ni) i les aigües residuals urbanes (Cu, B, Al, Fe, Pb, Zn i

Ni). Per a l'estudi es farà ús de la química analítica qualitativa que és molt

semblant a un joc de detectius. Els personatges d'una pel·lícula de detectius, per

mitjà de raonaments i mètodes d'investigació, poden arribar a identificar als

delinqüents i a descartar als innocents, sempre que les proves siguen suficients.

En química, les pistes que s'observen són proves que determinades espècies

poden estar presents en l'aigua.

Química-canvi químic.

D'una manera senzilla podem expressar el canvi químic segons s'indica en

el gràfic inferior. En anàlisi qualitatiu es fa ús d'aquests canvis (les pistes) per a

identificar la presència dels components (el culpable) d'una dissolució de

composició desconeguda (el cas).

Cambio químico

Reordenación de los átomos de las moléculas de los reactivos

Moléculas de productos

para formarimplica

Puede detectarse

Intercambio de calor

Producción de efervescencia

Cambio de color

Formación de precipitados

OBJECTIU

Identificar la presència de níquel, coure i crom.

28

QUÈ ANEM A FER I COM?

En aquests experiments s'estudiaran tres dissolucions marcades com 1

(dissolució de níquel), 2 (dissolució de coure) i 3 (dissolució de crom).

S'investigarà com es comporten a l'afegir-los tres dissolucions de reactius marcats

com A (hidròxid de sodi), B (amoníac aquós) i C (iodur potàssic). Fent acurades

observacions, es detectaran proves de reaccions químiques, com precipitats,

canvis de color, etc., que s'indicaran en una taula que ajudarà a reconèixer el

comportament característic de les tres dissolucions. En la dita taula s'escriurà:

(+): Si s'observa una prova positiva de reacció

(groc): Si la prova observada ha sigut un canvi de color, s'indicarà el color

que es forma (per exemple, si es produirà un color groc s'indicaria

així).

(↓ verd): Si la prova observada ha sigut una formació de precipitat, s'indicarà

aquest signe i el color del precipitat (per exemple si es formara un

precipitat verd, s'indicaria així).

(-): Si no s'observa cap prova de reacció

EXPERIMENTS A REALITZAR

Dissolució 1: Dissolució de Níquel (II)

Prepara 3 tubs d’assaig, a cada un ells addiciona 10 gotes de la dissolució 1.

• En el primer tub addiciona una

gota de dissolució A (NaOH). Si

s’observa turbidesa és perquè

s’ha format un precipitat. Anota

el color.

• A continuació s’afegeixen 15

gotes més d’A. Es redissol?

El Ni(II) reacciona amb el NaOH formant l’hidròxid Ni(OH)2 de color verd, que

precipita.

29

• En el segon tub d’assaig addiciona 1 gota de la dissolució B (NH3). Si

s’observa canvi de color o formació de turbidesa. Anota el color obtingut.

• Si s’afegeixen 15 gotes més de B, es redissol?

El Ni(II) reacciona amb el NH3(aq) formant un compost de coordinació (o

complex) de color blau.

• En el tercer tub d’assaig addiciona 1 gota de la dissolució C (KI). S’observa

turbidesa o canvi de color? Anota el color obtingut.

El Ni(II) no reacciona amb el KI.

Dissolució 2: Dissolució de Coure (II)

- Realitza els mateixos experiments amb la dissolució 2, indicant el que

ocorre en les caselles corresponents de la taula de resultats.

El Cu(II) reacciona amb el NaOH formant l’hidròxid Cu(OH)2 de color blau,

que precipita.

El Cu(II) reacciona amb el NH3(aq)

formant un compost de coordinació (o

complex) de color blau.

El Cu(II) reacciona amb el KI: es redueix

a Cu(I) i precipita formant el iodur CuI

(blanc) i I2 (roig) que s’adsorbeix al precipitat donant-li color rosat.

Dissolució 3: Dissolució de Crom (III)

- Realitza els mateixos experiments amb la dissolució 3, indicant el que

ocorre en les caselles corresponents de la taula de resultats.

El Cr(III) reacciona amb el NaOH

formant l’hidròxid Cr(OH)3 gris

verdós o violaci, però afegint unes

gotes més de reactiu es redissol

formant CrO2- de color verd, ja que el

crom presenta un caràcter amfóter.

El Cr(III) precipita amb el NH3(aq), a

30

causa del caràcter bàsic d’aquest, formant l’hidròxid Cr(OH)3 que es

redissol, parcialment a partir de 30 minuts o més temps, en excés de

NH3(aq) per formació d’aminocomplexes de color malva que es destrueixen

per ebullició.

El Cr(III) no reacciona amb el KI.

Identificació d’una dissolució problema:

Anem a estudiar si la dissolució conté algun dels 3 elements metàl·lics estudiats

tenint en compte que pot estar més diluït.

Prepara 3 tubs d’assaig, en cada un d’ells es col·locaran 10 gotes de la dissolució

problema i s’afegiran les dissolucions A, B i C de la mateixa manera que

anteriorment. Anota què ocorre en les caselles corresponents.

A la vista dels resultats obtinguts, conté algun dels tres elements estudiats?

Tots els residus generats s’abocaran al recipient disposat a tal efecte.

31

TAULA DE RESULTATS EXPERIMENTALS

Dissolucions a estudiar

Rea

ctiu

s

1 (Níquel) 2 (Coure) 3 (Crom) Problema

A (NaOH)

1 gota

A (NaOH)

15 gotes

B (NH3)

1 gota

B (NH3)

15 gotes

C (KI)

1 gota

BIBLIOGRAFIA:

1. F. Burriel Martí, F. Lucena Conde, S. Arribas Jimeno, J. Hernández Méndez, Química Analítica Cualitativa, 17th Ed., Madrid, Paraninfo, 2000.

32

5.4. DIFUSIÓ DE GASOS: LA FORMACIÓ ACCIDENTAL DE CLORUR

D'AMONI (aprox. 30 minuts)

INTRODUCCIÓ

Un laboratori de química conté productes químics de diversa naturalesa.

Aquests han de ser manipulats amb cura, sent conscients que sense un

coneixement previ podríem exposar-nos a un risc innecessari. Per això hem de

conèixer les característiques de les substàncies. Aquestes han d'emmagatzemar-

se en els espais habilitats, tenint en compte que la incompatibilitat entre els

compostos químics i la tendència a emetre gasos d'alguns d'ells, són aspectes

que condicionen la seua conservació.

Així, no és convenient emmagatzemar substàncies amb caràcter àcid al

costat de substàncies bàsiques, ni tampoc és correcte situar substàncies

reductores pròximes de compostos amb caràcter oxidant. També és adequat

emprar recintes refrigerats per a minimitzar evaporacions i/o descomposicions de

reactius amb pressió de vapor alta o productes làbils. I per descomptat les

substàncies tòxiques han d'estar emmagatzemades en recintes especials.

No obstant, quan estem treballant tendim a descuidar aspectes de seguretat

tan evidents com els que acabem d'assenyalar, i substàncies incompatibles

acaben estant pròximes unes d'altres. En alguns casos s'observen canvis, però

en altres les reaccions secundàries que poden estar tenint lloc passen

inadvertides, amb el possible risc, davant de la descomposició i/o aparició d'altres

espècies.

En aquesta experiència es pretén incidir en aquest tipus d'aspectes per mitjà

d'un exemple senzill que observarem en la reacció que es produeix entre un àcid i

una base continguts en dos botelles independents. No és màgia, és química.

El clorur d'hidrogen és un gas soluble en aigua i el manipulem en dissolució

aquosa concentrada com àcid clorhídric (HCl). El mateix podem dir de l'amoníac,

un altre gas que en dissolució el reconeixem com NH3 (aq).

33

Dues botelles de vidre que continguen ambdues substàncies, poden ser

bons contenidors per a les mateixes, si el tancament és hermètic. En aquest cas, i

com no hi ha fugues, la concentració de les dissolucions roman constant.

No obstant, tal com veiem en la imatge, quan les botelles no disposen de

tancament hermètic, després de diversos dies, s'observa l'aparició d'un sòlid

blanc en el coll d'una de les botelles, si ambdues es troben pròximes.

Figura 1. Fotografia de dues botelles d'amoníac i àcid clorhídric en el laboratori.

Es produeix una reacció de neutralització entre l'àcid i la base l'equació de

la qual és la que es mostra a continuació:

N

HH

H H ClN

H

H H

H Cl+

+

δ+

δ+

δ+

δ−

δ−3

δ+

Figura 2. Representació esquemàtica de la reacció química. Es mostra a més la

geometria de les espècies implicades (Nota: falta el par solitari en el N).

OBJECTIU

Estudiar la formació de clorur d’amoni per difusió de clorur d'hidrogen i

amoníac.

34

Nosaltres anem a observar la formació del mateix producte en l'interior d'un

tub cilíndric de vidre, en els extrems del qual col·locarem dues cubetes que

contindran uns mil·lilitres de HCl i NH3 respectivament.

La visualització de la formació del productes es portarà a terme mitjançant

la dispersió de la llum.

QÜESTIÓ PRÈVIA

Justificar per què el sòlid blanc de la figura 1 es forma al voltant del tap de

la botella de HCl, i no sobre l'altre.

Solució: La difusió és el procés de mescla que té lloc entre partícules d'un

fluid pel moviment tèrmic aleatori d'una zona de major concentració a una altra de

menor. Les molècules d'amoníac són més lleugeres i, per això, es difonen més

ràpid que les de clorur d’hidrògen i conseqüentment, les molècules de NH3 i de

HCl col·lisionen més a prop de la botella de l'àcid, formant-se el sòlid més a prop

de la font de HCl(g).

El procés pel qual un gas s'escapa a través d'un orifici es denomina efusió.

Atès que la massa de les molècules de NH3 és menor, tenen major velocitat a la

mateixa temperatura.

La relació entre velocitats d'efusió i massa molar, M, per a dos gasos, es

va descobrir experimentalment per Thomas Graham (1805-1869), abans del

desenvolupament de la teoria cinètic molecular dels gasos.

En el cas que ens ocupa, la llei de Graham és:

46.1mol/g03.17mol/g46.36

MM

HClefusiónvelocidadNHefusiónvelocidad

3NH

HCl3 ===

S'ha considerat que els taps i buits són anàlegs.

MATERIAL I REACTIUS

− Tub de vidre de 50 cm de longitud i 3 cm de diàmetre.

− Dues cubetes - pesasubstàncies

− Punter làser

− Acid clorhídric concentrat i amoníac aquós concentrat

35

PROCEDIMENT EXPERIMENTAL

Avís: Es treballarà en vitrina, amb ulleres de seguretat i guants.

1.- Ens assegurarem aque el tub de vidre està net i sec per l’interior. El

subjectarem amb una pinça i suport en posició horitzontal. La font de llum es

subjecta en un extrem del tub, de manera que el feix ho travesse

longitudinalment.

2.- Observam que el feix de llum no es veu perquè no hi ha res que s’interpose en

el seu camí.

3.- Omplim un dels pesasubstàncies de plàstic amb uns pocs mililitres d’àcid

clorhídric cocentrat i l’altra, amb amoniac aquós concentrat. S’introdueixen els

pesasubstàncies de plàstic, cada un en un extrem del tub de vidre al mateix

temps. A continuació es tapa l’extrem del tub on está el pesasubstàncies de

plàstic amb el HCl amb un got i l’altre extrem amb el làser.

4.- Al cab d’uns minuts observarem la formació d’un anell blanc de clorur d’amoni

sòlid. La llum es fa visible a l’impactar amb les partícules de clorur d’amoni que es

formen en suspensió.

Al finalitzar, es buida el contingut de cada pesasubstàncies de plàstic en les

ampolles de residus de HCl i NH3 disposades a tal fi. Els pesasubstàncies de

plàstic no es rentaran, sinó que es deixaran al costat de les ampolles originals

perquè sempre siguen usats amb el mateix reactiu.

OBSERVACIONS EXPERIMENTALS I QÜESTIONS.

Qüestió 1. On s’ha format el clorur d’amoni?, a prop del pesasubstàncies de

plàstic amb àcid clorhídric o del que conté amoni aquós? Per què?

Qüestió 2. Per què ha d’estar sec el tub?

Qüestió 3. Per què han d’introduir-se alhora els pesasubstàncies de plàstic?

Qüestió 4. Per a què tanquem els extrems del tub? Què passaria si els deixàrem

oberts amb la campana extractora en marxa?

BIBLIOGRAFIA 1. G. Pinte, Education ‘in’ Chemistry, Vol. 40, pp. 80-81 (2003).

2. T.L. Brown, H.E. LeMay and B.E. Bursten, Chemistry: The Central Science, 7th Ed. New York: Prentice Hall, 1997.

3. J. Morcillo, Temes Bàsics de Química, 2nd Ed. Madrid: Alhambra, 1977.

NH3HCl

NH4ClLáser

36

5.5. L'OXIGEN I L'AIGUA (aprox. 30 minuts)

INTRODUCCIÓ

L'oxigen (O) és el tercer element més abundant en l'univers, després de

l'hidrogen (H) i l'heli (He). Es tracta d'un element essencial per a la vida. L'aire que

respirem conté principalment O2(g) i N2(g). L'oxigen que inhalem en forma de

molècula diatòmica intervé en processos bioquímics (reaccions químiques en la

fisiologia dels sers vius) proporcionant-nos, entre altres, l'energia que necessitem

per a mantenir-nos amb vida. El tornem en forma de diòxid de carboni (CO2) que

capturat per les plantes es transforma, per acció de la llum ultraviolada, en O2 que

se cedeix de nou a l'atmosfera.

L'element oxigen, combinat amb altres elements, és el més abundant de

l’escorça terrestre i quasi la meitat dels elements naturals es troben en la

naturalesa combinats amb l'oxigen. La combinació de silici i oxigen (silicats i

sílice) constitueix les tres quartes parts de l’escorça terrestre.

Quant al seu caràcter químic, té la capacitat d'oxidar altres substàncies.

Amb la matèria orgànica aquest procés pot ser ràpid i intens, com en un foc; o pot

ser suau i lent com en un ser viu. En ocasions s'empra com a desinfectant. En el

laboratori és un oxidant eficaç.

OBJECTIU

Detectar la presència d'oxigen dissolt en aigua.

QUÈ ANEM A FER I COM?

En esta experiència es pretén analitzar la influència de l'oxigen en alguns

processos químics, concretament en una reacció d'oxidació.

La presència d'un indicador redox (substància que presenta diferent

coloració en funció del grau d'oxidació) assenyalarà les característiques oxidant-

reductores del medi de reacció. Quan el medi és molt oxidant, l'indicador es

trobarà en la seua forma oxidada.

Mentre que si el medi és reductor, sense agent oxidant, l'indicador es

trobarà en la seua forma reduïda. Si l'agent oxidant que estem utilitzant és

37

l'oxigen, en presència del mateix l'indicador estarà oxidat i amb la coloració pròpia

d'aquesta forma, mentre que a mesura que l'oxigen es consumeix l'indicador

virarà cap a la coloració forma reduïda.

En aquesta experiència anem a utilitzar blau de metilé que en la seua

forma oxidada és blau, mentre que en la seua forma reduïda és incolor. La

glucosa és un monosacàrid reductor, susceptible de

ser oxidat. Si mesclem una dissolució alcalina de

glucosa amb una altra de l'indicador preparada en

atmosfera d'oxigen, la dissolució resultant inicialment

apareixerà de color blau intens.

En canvi la dissolució es tornarà incolora a mesura que la glucosa va

consumint la forma oxidada de l'indicador, augmentant així la concentració

d'indicador en la seua forma reduïda. A l'agitar la botella que conté la mescla al

medi alcalí de glucosa i blau de metilé, forcem que l'O2(g), un gas poc soluble en

aigua, es dissolga parcialment, O2(aq). D'aquesta manera aconseguirem que

l'oxigen provoque l'oxidació de l'indicador, fet que es posa de manifest per la

coloració blava que adopta la dissolució. Amb el pas del temps, la glucosa va

reduint la forma oxidada de l'indicador i per tant la dissolució es torna

progressivament incolora.

Les equacions químiques que es mostren a continuació reflecteixen

esquemàticament el que s’ha raonat anteriorment.

O2 (g) O2 (aq)

O2 (aq) + InR InOx

GlOH (aq) + OH-

GlO- (aq) + H2O

GlO- (aq) + InOx InR + productos de oxidación de la glucosa

O2 (aq) + GlOH (aq) productos de oxidación de la glucosaOH

-

38

MATERIAL I REACTIUS:

Botella amb tap de rosca

NaOH

Glucosa

Blau de metilé

Aigua

EXPERIMENT A REALITZAR

Es dissolen 2 llentilles de NaOH en 25 ml d'aigua dins de la botella amb tap

de rosca. S'afegeixen 0,8 g de glucosa i s'agita fins a completar la dissolució dels

sòlids. Llavors s'addicionen 2 o 3 gotes d'una dissolució de blau de metilé

preparada al 0,1% en etanol. S’agita el vial i es deixa reposar. La dissolució blava

resultant anirà perdent la seua coloració després d'uns 2 o 3 minuts. S’agita de

nou i s’observa el canvi de color.

QÜESTIÓ

Per què al final de la sessió i després d'agitar la botella, observem que la

coloració blava no és tan intensa com al principi de la sessió?

Tots els residus generats s'abocaran en el recipient

RESIDUS D'ÀLCALI

BIBLIOGRAFIA

‘Experiments de Química Clàssica’, The Royal Society of Chemistry: Editorial

Síntesi.

39

5.6. DEMOSTRACIONS A CÀRREC DELS PROFESSORS

En l'ensenyament de la química, ens trobem amb la necessitat de realitzar

experiències que mostren algun dels aspectes teòrics desenvolupats a classe.

En la major part dels casos, l'escàs temps disponible dificulta la realització de

treballs pràctics, per la qual cosa pretenem desenvolupar una sèrie d'experiències

que requerisquen poc temps al mateix temps que s'utilitzen reactius i equips de

laboratori de preus mòdics i fàcilment accessibles que posen de manifest algunes

de les propietats i/o tipus de reacció que habitualment es tracten en els

programes de Batxillerat.

En aquesta sessió es plantegen d'una banda, diverses reaccions

exotèrmiques que es poden utilitzar com a demostracions a realitzar pel

professor, i d'altra banda una sèrie de reaccions químiques senzilles a realitzar

directament pels alumnes.

A) EXPERIMENTS AMB NITROGEN LÍQUID

Introducció

El nitrogen és un gas en condicions normals però, si es refreda es pot condensar,

obtenint-se un líquid incolor i inodor, però que atès que es troba a molt baixa

temperatura (-196 ºC), per contacte provoca greus cremades.

El nitrogen líquid es conserva en recipients Dewar, que són recipients molt ben

aïllats tèrmicament, per a evitar que el nitrogen s'evapore ràpidament.

L'objectiu d'aquesta demostració és posar de manifest que a temperatures molt

baixes les propietats de moltes substàncies canvien de forma important.

Procediment Experimental

1.- Omplir fins a la meitat un got Dewar d'1 litre i submergir una flor, subjectant-la

acuradament per la tija. Esperar uns moments fins que es refrede la flor. Quan

s'haja refredat traure-la, i colpejar-la acuradament amb els dits.

2.- Prendre un tub de goma verge i intentar trencar-lo. Atès que és flexible és

impossible trencar-lo. A continuació submergir-lo en nitrogen líquid. A esta

40

temperatura el tub es torna rígid i és fàcil trencar-lo al doblar-lo.

3.- Submergir un globus unflat (ple d’aire) i observar que ocorre amb el seu

tamany.

Bibliografia

B Z. Shakhashiri. “Chemical Demonstrations”. University of Wisconsin Press,

Madison.

B) REACCIONS FORTAMENT EXOTÈRMIQUES

B.1. REACCIÓ ENTRE IODE I ALUMINI

Introducció

Les reaccions de metalls amb els halògens són exemples típics de reaccions

redox. Donada la gran diferència en capacitat reductora que exhibeixen els

diferents metalls, així com el diferent poder oxidant dels halògens, podem trobar

reaccions que ocorren en condicions diverses amb canvis energètics molt variats.

L'exemple següent és un cas d'una reacció exotèrmica que ocorre entre dos

sòlids.

Reactius

Iode (sòlid) i Alumini en pols.

Mètode Operatiu

Es pesen 2 g de iode sec i s'afegeixen 0.3 g, d’Al en pols (PRECAUCIÓ: L'Al en

pols és molt lleuger i si es manipula sense cura pot estendre's per tot el

laboratori). Dipositar aquests dos sòlids sobre una placa resistent a la calor (una

placa d'uralita serveix) que estarà dins de la vitrina i mesclar-los bé amb una

espàtula, però anant amb compte de no picar-los, perquè podria començar la

reacció. Es forma com un volcà amb la mescla i s’afegeix una gota d'aigua dins

del cràter. Al cap d'uns segons s'observa la formació de vapor d'aigua i es

desprenen uns núvols de color púrpura del iode gasós, la qual cosa mostra que

ha començat la reacció. Després d'uns segons la mescla s'inflamarà.

41

Teoria

La reacció és molt exotèrmica i pot començar-se per diversos procediments.

L'addició d'aigua té la missió de dissoldre un poc de iode i facilitar el contacte dels

reactius.

Per a comprovar la composició dels productes de reacció es pot dissoldre la

pols blanca resultant de la mateixa en aigua i addicionar nitrat de plata. La

formació del precipitat groc de iodur de plata, indica la presència de iodur.

Ampliacions

El procés pot realitzar-se amb clor o amb brom, però la major toxicitat

d'estos elements no ho fan aconsellable.

L'alumini es pot substituir fàcilment per altres metalls, com el ferro, i fins i tot

el sodi, però en aquest cas les precaucions per a portar a terme la reacció són

més importants.

Bibliografia

Ted Lister. “Experiments de química clàssica”. Ed. Síntesi, Madrid

B Z. Shakhashiri. “Chemical Demonstrations”. University of Wisconsin Press,

Madison.

B.2. REACCIÓ DEL CLORAT POTÀSSIC FOS AMB FUSTA

En un tub d'assaig Pyrex, s'introdueix una xicoteta quantitat de KClO3 sòlid.

Es col·loca el tub en una pinça en la vitrina i amb l'encenedor Bunsen s'escalfa

fins que fonga la sal. Una vegada fosa, s'apaga l’encenedor i sobre la sal fosa

s'afegeix un furgadents de fusta.

Al cap d'uns instants comença la combustió de la fusta de forma molt

espectacular.

Bibliografia

H. Römpp. “Química Inorgànica Experimental”. Ed. ARS, Barcelona.

42

6.PASSATEMPS QUÍMICS

1. Sistema periòdic

A continuació et donem una llista de 21 elements químics, que s’identifiquen amb

altres 21 lletres del alfabet entre la A i la U (A, B, C, D, E ...), i una sèrie de pistes

que t’ajudaran a saber quin element químic correspon a cada lletra. La teua

missió és aconseguir esbrinar de quins elements es tracta, emparellar cada lletra

de l’abecedari amb el seu element i col·locar cada lletra en la casella, en blanc,

que li correspon dins del sistema periòdic.

1.- E, F, O, P y Q són gasos. 2.- F és l’element més abundant en l’univers

3.- Q està present en el Sol

4.- Sense E no podríem respirar

5.- O s’afegeix a l’aigua de les piscines per a eliminar gèrmens

6.- P i Q pertanyen al mateix grup del sistema periòdic

7.- P és molt important en els anuncis lluminosos

8.- F, G y H pertanyen al mateix grup del sistema periòdic

9.- G és un dels elements components de la sal comuna.

10.- I pertany al grup 2 del sistema periòdic

11.- N és un metall molt utilitzat en la vida diària i pertany al grup 13

12.- D, R, C y S pertanyen al mateix grup del sistema periòdic

13.- D és l’element que forma part del diamant y del grafit

14.- S és un metall molt pesat 15.- C és un metall que s’utilitza per a soldar connexions elèctriques

16.- R s’utilitza en la fabricació de microxips i dóna nom a una coneguda vall

17.- M i T pertanyen al mateix grup que U

18.- U és l’únic dels tres que té un color que s’aproxima més al blanc - gris

19.- M és un metall molt més barat que T

20.- L és un metall que s’utilitza en la fabricació de les monedes d’euro

21.- A és un metall preciós

22.- De l’element I sol dir-se que és molt important per als ossos

23.- K és un metall que l’atrauen els imants

24.- J és un metall que s’utilitza per a recobrir amb una capa brillant i protegir als altres metalls

25.- B és un metall que a T ambient és líquid.

43

2. Sopa de lletres Periòdica

En la següent sopa de lletres pots trobar els noms de 13 elements químics.

3. Sopa de lletres

En la sopa de lletres que presentem a continuació s’amaguen els noms 10 científics famosos. ¿T’atreveixes a trobar-los?

44

Solucions als passatemps:

1. Pt, Hg, Sn, C, O; H, Na, K, Ca, Cr, Fe, Ni, Cu, Al, Cl, Ne, He, Si, Pb, Au, Ag.

2. Bario, Cálcio, Oro, Estaño, Plomo, Helio, Potasio, Yodo, Cloro, Hierro, Hidrógeno, Cromo

3. Pascal, Einstein, Newton, Joule, Arquímedes, Volta, Ampere, Ohm, Watt, Bohr.