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TABLA PERIÓDICA Y PROPIEDADES PERIÓDICAS
Objetivos
El objetivo fundamental de la presente práctica de laboratorio es el de realizar un estudio experimental de la “Ley Periódica de los Elementos”. Esto lo realizaremos mediante diversas pruebas químicas y físicas que pongan de manifiesto las relaciones de grupo y las diferencias graduales, de las propiedades físicas y químicas de las distintas series de elementos de la tabla periódica.
La importancia de esta práctica es evidente ya que en base a la clasificación periódica vamos a estudiar posteriormente los diversos elementos químicos y sus compuestos.
Fundamento teórico
La tabla Periódica
Hacia la mitad del siglo XIX los químicos habían descubierto un gran número de elementos y habían determinado sus masas atómicas y muchas de sus propiedades. Los químicos habían reunido lo que podría equipararse con las “páginas blancas” de una guía telefónica, pero necesitaban el equivalente a las “páginas amarillas” de la guía, una clasificación que agrupase juntos los elementos similares. Esta tabulación ayudaría a los químicos a concentrarse en las similitudes y diferencias existentes entre los elementos conocidos y a predecir las propiedades de los elementos todavía por descubrir. Los químicos valoran la tabla periódica como un medio para organizar su disciplina y continuarían usándola incluso si nunca se hubiesen dado cuenta de su fundamento. La explicación de los principios en los que está basada la tabla periódica no se encontró hasta aproximadamente cincuenta años después de haberse propuesto la tabla.
La tabla periódica se basa en las configuraciones electrónicas de los elementos y se usa para explicar algunas propiedades de los elementos como son: los radios atómicos, energía de ionización, afinidad electrónica. Estas propiedades serán usadas luego para la explicación del enlace atómico e intermolecular.
Clasificación de los elementos. La ley periódica y la tabla periódica
En 1869 Dimitri Mendeleev y Lothar Meyer propusieron independientemente la ley periódica:
“Cuando los elementos se organizan en orden creciente de sus masas atómicas, algunos conjuntos de propiedades se repiten periódicamente”
Meyer basó su ley periódica en la propiedad denominada volumen atómico, la masa atómica de un elemento divida por la densidad de su forma sólida. Ahora esta propiedad se llama volumen molar.
Volumen atómico (molar) (cm3/mol) = masa molar (g/mol) x 1/d (cm3/g)
Meyer presentó sus resultados como representación del volumen atómico frente a la masa atómica. Ahora se suelen representar estos resultados como puede verse en la siguiente figura:
Se observa como los valores grandes de los volúmenes atómicos se repiten periódicamente para los metales alcalinos Li, Na, K, Rb y Cs. Meyer examinó otras propiedades físicas de los elementos y sus compuestos tales como la dureza, compresibilidad y punto de fusión y encontró que muchas de ellas también adoptan valores que se repiten periódicamente.
Hemos examinado el trabajo de Meyer, pero ahora veremos el de Mendeleev. El trabajo de Mendeleev atrajo más atención que el de Meyer por dos motivos: Mendeleev dejó espacios en blanco para elementos todavía por descubrir y corrigió los valores de algunas masas atómicas. Los espacios que dejó en blanco correspondían a las masas atómicas 44, 68, 72 y 100, masas de los elementos que ahora conocemos como escandio, galio, germanio y tecnecio. Dos de los valores de masa atómica que corrigió fueron los del indio y el uranio.
En la tabla de Mendeleev, los elementos similares están en grupos verticales y sus propiedades cambian gradualmente de arriba abajo en el grupo. Por ejemplo, hemos visto que los metales alcalinos (Grupo I de Mendeleev) tienen todos volúmenes molares grandes. También tienen puntos de fusión bajos, que decrecen en el orden.
Mendeleev tuvo que colocar algunos elementos rompiendo el orden de masas atómicas crecientes para poder situarlos en los grupos adecuados de su tabla
periódica. Mendeleev supuso que esto se debía a errores en las masas atómicas. Cuando mejoraron los métodos de determinación de masas atómicas y se descubrió el argón que fue situado delante del potasio, se hizo evidente que unos pocos elementos permanecerían siempre “descolocados”. En esta época, las colocaciones desordenadas estaban justificadas por la evidencia química. Los elementos se colocaban en los grupos que su comportamiento químico indicaba. No había explicación teórica para este reordenamiento. Las cosas cambiaron en 1913 gracias a la investigación sobre los espectros de rayos X de los elementos realizada por H. G. J. Moseley.
Moseley conocía el modelo atómico de Bohr que explicaba la emisión de rayos X como consecuencia de transiciones en las que los electrones caen a órbitas más próximas al núcleo atómico. Moseley razono que como las energías de las orbitas electrónicas dependen de la carga del núcleo, las frecuencias de los rayos X emitidos deberían depender de las cargas de los núcleos en los átomos del blanco. Utilizando las técnicas que acaba de desarrollar un grupo formado por padre e hijo, W. Henry Braga y W. Lawrence Bragg y W. Lawrence Bragg, Moseley obtuvo fotografías de los espectros de rayos X y asignó frecuencias a las líneas espectrales.
Moseley fue capaz de establecer una correlación entre las frecuencias de los rayos X y los números equivalentes a las cargas de los núcleos que correspondían a las posiciones de los elementos en la tabla periódica de Mendeleev. Por ejemplo, al aluminio, elemento décimo tercero de la tabla le asignó el número atómico 13. La ecuación de Moseley es µ= A(Z-b)2
Donde µ es la frecuencia de los rayos X, Z es el número atómico y A y b son constantes.
Moseley utilizó esta relación para predecir tres nuevos elementos (Z= 43, 61 y 75), que fueron descubiertos en 1937, 1945 y 1925, respectivamente. También demostró que no podían aparecer nuevos elementos en la zona de la tabla periódica que él estudiaba (desde Z=13 hasta Z=79). Todos los números atómicos disponibles habían sido asignados. Por tanto, deberíamos reformular la ley periódica desde el punto de vista del trabajo de Moseley.
“Las propiedades semejantes se repiten periódicamente cuando los elementos se organizan en orden creciente de sus números atómicos.”
Descripción de una tabla periódica moderna. Tabla periódica larga
La tabla periódica de Mendeleev estaba formada por ocho grupos. La mayoría de las tablas periódicas modernas organizan los elementos en 18 grupos.
Los grupos verticales reúnen a los elementos que tienen propiedades semejantes. Los períodos horizontales de la tabla están dispuestos en orden creciente de número atómico de izquierda a derecha. En la tabla periódica de la contracubierta delantera los grupos se numeran en la parte superior y los períodos en el extremo de la izquierda. Los primeros dos grupos, el bloque s, y los últimos seis grupos, el bloque p, constituyen los elementos de los grupos principales. Por su situación intermedia entre el bloque s y
el bloque p, los elementos del bloque d se llaman elementos de transición. Si los elementos del bloque f, denominados a veces elementos de transición interna, se incorporasen en el cuerpo principal de la tabla, esta debería aumentar su anchura hasta incluir 32 elementos. La tabla sería generalmente demasiado ancha para caber en una página impresa y por ello los elementos del bloque f se sacan de la tabla y se colocan en la parte inferior. Los 14 elementos que van a continuación del lantano (Z=57) se llaman lantánidos y los 14 que siguen al actinio (Z=89) se llaman actínidos.
Radio atómico
Desgraciadamente, es difícil definir el radio atómico. La probabilidad de encontrar un electrón disminuye al aumentar la distancia al núcleo, pero no llega nunca a hacerse cero. No hay unos límites precisos para el átomo. Se podría definir un radio atómico efectivo, como, por ejemplo, la distancia al núcleo que comprende el 90 por ciento de la densidad de la carga electrónica. Pero, de hecho, lo único que se puede medir es la distancia entre los núcleos de átomos adyacentes.
Con esta característica de los elementos se pueden explicar diferentes propiedades físicas como la densidad, el punto de fusión, punto de ebullición.
Se caracteriza en gran medida por la fuerte atracción entre el núcleo sobre los electrones, cuanta mayor carga nuclear efectiva, los electrones estarán más fuertemente enlazados al núcleo y menor será el radio atómico.
Dentro del periodo, el radio atómico disminuye constantemente debido a que aumenta la carga nuclear efectiva. Pero a medida que se desciende en un grupo el radio aumenta según el número atómico.
Energía de ionización
Es la cantidad de energía que debe absorber un átomo en estado gaseoso para poder arrancarle un electrón. El electrón que se pierde es el que está unido más débilmente al núcleo.
Las energías de ionización se miden por medio de experimentos en los que se bombardean los átomos de un gas a baja presión con haces de electrones (rayos catódicos).
Hay que denotar que al extraer un electrón la cantidad de energía necesaria para extraer otro aumenta, esto se debe en consecuencia directa a la ley de Coulomb, que establece que las fuerzas atractivas entre partículas con cargas opuestas son directamente proporcionales a las magnitudes de las cargas. Generalmente la energía de ionización disminuye cuando los átomos se encuentran más alejados del núcleo.
“Las energías de ionización disminuyen al aumentar los radios atómicos”.
Afinidad electrónica
Es una medida de la variación de la energía que tiene lugar cuando un átomo en estado gaseoso adquiere un electrón, esta proceso puede ser exotérmico (por ejemplo cuando el Flúor gana un electrón) o endotérmico (por ejemplo cuando un gas noble gana un electrón).
La afinidad electrónica aumenta cuando el tamaño del átomo disminuye, el efecto pantalla aumenta y cuando el número atómico disminuye. Visto de otra manera: aumenta de izquierda a derecha, y de abajo hacia arriba, al igual que lo hace la electronegatividad.
Experimentos
Prueba A: Grupo 1 (Metales Alcalinos)
Prueba B: Grupo II (Metales Alcalino-Térreos)
Adicionar unas gotas
De fenolftaleína
Agregarel trozo de sodio
Agregarel trozo de potasio
Observar
Adicionar unas gotas
de fenolftaleína
Llenar un vaso de 250 ml
Con 60 ml de agua
Llenar un vaso de 250 ml
Con 60 ml de agua
Prueba C: Comparación de velocidades de reacción
Prueba D: Grupo VII (Halógenos)
Colocar 2 ml. de agua de bromo en un
tubo de ensayo
2 tubos de ensayo con KBr y KI cada
uno
Añadir 5 gotas de CCl4
Agitar y observar cambios.
Colocar 2 ml. de agua de cloro en un
tubo de ensayo
Colocar 2 ml. de agua de yodo en un
tubo de ensayo
Un tubo de ensayo con 2ml de
KI (0.1M)
Agregar a los tubos de ensayo
1ml de agua de Br
Un tubo de ensayo con 2ml de
NaCl(0.1M)
Agitar y observar cambios.
Agregar a los tubos de ensayo
1ml de CCl4
Prueba E: propiedades Periódicas. Comparación de acidez y basicidad relativa de
los elementos de tercer periodo.
Prueba F: Propiedad anfotérica:
Distribuir papel indicador en luna de
reloj
Colocar una o dos gotas de las
soluciones en cada pedazo de papel
Observar cambios en la coloración y anotar
Un tubo de ensayo con 2ml de
NaCl(0.1M)
Agregar a los tubos de ensayo 1ml de Agua de
yodo
Un tubo de ensayo con 2ml de
KBr(0.1M)
Añadir 5 gotas de CCl4
Agitar y observar cambios.
Reacciones
Prueba A
o 4Na + O2 -----> 2Na2Oo Na2O + H2O -----> 2Na(OH)o 2Na(S) + 2H2O -----> 2Na(OH) + H2(g)
o 4K(S) + O2 -----> 2K2Oo K2O + H2O -----> 2K(OH)o 2K(S) + 2H2O -----> 2K(OH) + H2(g)
Prueba B
o Ca(S) + 2H2O -----> Ca(OH)2 + H2(g)
o Mg(S) + 2H2O -----> Mg(OH)2 + H2(g)
Prueba C
o Mg(S) + HCl -----> MgCl2 + H2(g)
o Ca(S) + HCl -----> CaCl2 + H2(g)
o Fe(S) + HCl -----> FeCl2 + H2(g)
Prueba D
oo
Colocar en un tubo de ensayo 5 ml. de
AlCl3
Adicionar Amoniaco hasta observar
compuesto gelatinoso
Tubo (B) agregar NaOH, hasta notar
un cambio
Tubo (A) agregar HCl, hasta notar un cambio sustancial
Anotar observaciones
Prueba F
o Tubo principal : Al3+ + 3Cl- + 3(NH4)+ -----> Al(OH)3 + 3NH4Clo Tubo A : 3HCl + Al(OH)3 -----> AlCl3 + 3H2Oo Tubo B : Na(OH) + Al(OH)3 -----> NaAl(OH)4
Observaciones
Prueba A
En el experimento A, al echar el Sodio, éste reaccionó violentamente, formándose una esfera que comenzó a circular encima del agua. Hay que señalar que mientras la esfera da vueltas por el agua, se deprende un humo blanco a su alrededor. El agua con fenolftaleína tomo un color fucsia.
Al colocar el potasio, reacciono con el agua de igual manera, solo que más violentamente. Cabe señalar que se noto un formo una llama cuando se produjo la reacción.
Se observó también que en el fondo del recipiente que contenía al sodio y al potasio, se formaron unas manchas blancas.
Prueba B
Al agregar el calcio en el agua con fenolftaleína, empezó a reaccionar. Al darle vuelta al tubo, se observó que se formaron burbujas en el tubo, indicio de la formación de algún gas.
Al acercar el magnesio a la llama del mechero, el elemento químico se encendió y formó lo que nosotros en el grupo llamamos “una bola de luz”. Echando el magnesio en el agua hirviendo con fenolftaleína, el agua cambió al color violeta, pero de un color menos intenso que en el tubo de ensayo.
Se observó además que en ambas reacciones se forma un sólido blanco. En el primer caso se formaba alrededor del tubito, en el otro, alrededor del magnesio.
Prueba C
El magnesio fue el que reaccionó más rápido, formando una gran cantidad de gas, que el calcio, que no se disolvió totalmente, y éste que el hierro, que luego de un momento recién se evidenciaron muestras de su reacción al notarse burbujas alrededor del clavo. Todos ellos, cabe aclarar, frente al HCl
En la reacción del calcio se desprendió un olor muy fuerte.
Prueba D
En el cloro se observa una formación rosada en el fondo, encima de esta, se observa un líquido de color blanco.
En el bromo se observa un liquido de color melón en el fondo, encima se observa un liquido turbio, y en las paredes como unas “gotas” de color melón.
En el yodo se observa un líquido de color púrpura en el fondo, encima un líquido de color medio morado.
En el caso del KI con el agua de Bromo, el fondo se torna púrpura, encima un líquido medio dorado oscuro. Arriba se ve un color rojizo, en el menisco.
El NaCl con agua de Bromo forma en el fondo un color anaranjado claro, líquido medio transparente con gotitas doradas. El menisco anaranjado.
El KBr con el agua de yodo y las gotas del tetra cloruro de carbono, el líquido que se forma abajo es de color rojo oscuro, al medio, un color cobre. El menisco no es tan pronunciado.
El NaCl con el agua de yodo y las gotas del tetra cloruro de carbono, el líquido que se forma abajo es de color igual al del KBr (experimento anterior) pero el volumen es mayor y el menisco que se forma en la parte superior es más pronunciado.
Prueba E
Lo observado se resume en la siguiente tabla.
Prueba F
Cuando se realiza la primera mezcla se nota un líquido lechoso, en el tubo A el líquido lechoso desaparece para dar paso a una solución transparente, mientras que en el tubo B la solución se vuelve más lechosa.
Análisis de los resultados
Prueba A
Elementos PhNa 10Mg 8Al 8P 3S 2Cl 3
Resalta la marcada diferencia sobre la violencia en las reacciones que se han presentado, esta se debe a la diferencia entre las energías de ionización entre los dos elementos analizados. Ambas sustancias forman con el agua su respectivo hidróxido.
Resalta también que en la reacción del sodio se forme una esfera al contacto con el agua, esto se debe a que el metal sodio tiende a aumentar la tensión superficial del agua.
Prueba B
La razón por la que el Magnesio no reacciona con el agua fría, se debe también a la energía de ionización. El magnesio necesita primero una energía externa para poder formar el oxido que luego con el vapor de agua formará el hidróxido.
El calcio al ser más reactivo, no necesita de un medio externo para formar un oxido tan solo con el contacto con el medio ambiente se forma y tampoco necesita del vapor de agua puesto que puede reaccionar con el agua fría.
Prueba C
En esta prueba se demuestra cuán reactivo son los elementos frente al acido clorhídrico. En la reacción del calcio se noto el olor de un gas, este gas era el hidrogeno que era desplazado del HCl por el calcio. En la reacción del magnesio se noto también la presencia del olor del gas, pero no en la intensidad con la que se expulsaba del calcio, pero la reacción que más demoro en reaccionar fue la del hierro, este luego de un minuto recién evidenciaba signos de haber reaccionado ( se formaron burbujas alrededor del clavo).
Nota: Aunque en las tres pruebas hemos utilizado el término de energía de ionización para explicar la intensidad y velocidad de reacción, hay que señalar que se ha realizado una simplificación debido a las marcadas diferencias entre las reacciones, pero cuando las diferencias sean muy pequeñas, se deben utilizar otros factores para poder hacer las respectivas comparaciones.
Prueba D
Prueba E
En esta prueba se analizó el nivel de acidez utilizando el papel tornasol como indicador.
Prueba F
En esta prueba se examinó como un mismo compuesto puede tener al mismo tiempo propiedades acidas y básicas dependiendo del reactivo con que va a reaccionar.
Conclusiones
1. Las propiedades periódicas nos permiten identificar a los elementos del mismo grupo gracias a ciertas características, propiedades tanto físicas como químicas que comparten.
2. Una de las propiedades periódicas es la energía de ionización, la cual nos permite predecir que tan violenta puede ser una reacción, aunque como ya lo hemos expresando, hay que señalar que esta propiedad se debe usar cuando las diferencias entre las reacciones sean bien marcadas.
3. 4.
Cuestionario
1. En la prueba (A), ¿hubo cambio de color al agregar la fenolftaleína al agua?
Al agregar la fenolftaleína al agua no se observo ningún cambio de color.
2. En la prueba (A), ¿hubo cambio de color al agregar los metales alcalinos al agua con fenolftaleína, si los hubo, qué indica dicho color?
Sí, hubo un cambio de color al agregar los metales alcalinos, este cambio de color se debe a la presencia de iones (OH)- lo que indica un carácter básico en la solución.
3. ¿Cómo se guarda el sodio y el potasio? ¿Por qué?
Deben ser almacenados en recipientes inertes, sin agua, y recubiertos con algún material como el benceno, querosene u otros, aunque esto último es excepcional. Solo bastara con que sea hermético, porque estos elementos se oxidan al contacto con el aire.
4. Describir la reacción del sodio con el agua.
La reacción pedida es muy violenta. Al contacto con el agua, el sodio forma como una especie de esferita muy reactiva, mientras esta se consume, va dando tumbos de uno a otro lado y expulsando un gas color blanco.
5. Describa la reacción del potasio con el agua e indique las diferencias con la reacción anterior
La reacción del potasio con el agua es muy parecida. Sin embargo se puede apreciar que la reacción del sodio ocurre mucho más rápido, pero la del potasio es mucho más violenta, además en la reacción del potasio luego de un momento ocurre una pequeña explosión que viene acompañada de una llama luminosa.
6. ¿Podemos decir que el Litio, Sodio y Potasio forman una sola familia de elementos? ¿Por qué? ¿Necesita más datos?
Es muy posible que podamos afirmar eso (aun sin el conocimiento de la ubicación de estos elementos en la tabla periódica), ya que reaccionan de la misma manera frente al agua. Se quiere decir con esto que reaccionan de manera muy violenta, y se guían siempre de un mismo patrón de fonación en las ecuaciones químicas.
2M(s) + 2H2O → 2M(OH) + H2(g)
Donde M es un metal, sin embargo solo hemos analizado un aspecto (el de la reacción con el agua), faltaría analizar más propiedades físicas (densidad por ejemplo) o químicas para poder afirmar que pertenecen a una misma familia. Además no se ha experimentado con el Litio.
7. ¿Qué observo en la reacción del Calcio con el agua? Señale las características que establecen diferencias con los elementos del grupo I.
Se observo una reacción mucho más lenta que la de los alcalinos, con respecto al agua. Esto nos hace pensar que los alcalinos térreos son menos reactivos que los alcalinos.
8. ¿Qué diferencias encuentra entre la reacción del Magnesio con el agua
respecto a las reacciones anteriores?
Que el Magnesio, a diferencia de los demás elementos químicos analizados, no reacciona tan fácilmente, hay que proporcionarle cierta energía para poder “activarlo”, lo que lleva a deducir que sus reacciones son endotérmicas.
9. Indiquen como proceden las reacciones en su prueba (C).
Se colocan los elementos metálicos simultáneamente y se obtiene:
Para Mg: Al echarlo se torna de un color blanco, sale un gas, reacciona totalmente pero en menos tiempo que los demás.
Para Ca: Reacciona rápidamente, produce más burbujas pero no se disuelve totalmente, quedando un precipitado, después de un rato termina de reaccionar.
Para Fe: Reacciona lentamente, además se forman burbujas alrededor del elemento.
10. Describa la prueba (D) y resuma sus resultados en un cuadro, en el que
indicará todos los cambios de color observados.
La prueba consiste en la reacción de un halógeno con otro halógeno, con el fin de saber cómo varía la reactividad de los halógenos mediante los desplazamientos que puedan se puedan realizar.
Agua de Cloro + CCl4 Blanco / Fondo rosadoAgua de Bromo +CCl4 Blanco medio turbio / Fondo melónAgua de Yodo + CCl4 Morado / Fondo púrpura
KI+ Agua de Bromo + CCl4 Menisco rojo/ Fondo púrpuraNaCl + Agua de Bromo + CCl4 Menisco anaranjado / Líquido
transparente / Fondo anaranjado KBr + Agua de yodo + CCl4 Color cobre / Fondo rojo oscuro
NaCl + Agua de yodo + CCl4 Color cobre / Fondo rojo oscuro
11. Haga un cuadro comparativo indicando la reactividad de los halógenos en relación con sus posiciones en la tabla periódica.
A medida que descendemos en el grupo, la reactividad disminuye
12. Haga un cuadro donde disponga los elementos estudiados conforme se
encuentran en la clasificación periódica y mediante flechas indique el orden de reactividad. Saque sus conclusiones pertinentes.
Cl
Br
I
Na Mg Al P S ClK Ca Fe Br
I
Esto quiere decir que en un grupo mientras que mayor sea su número atómico, mayor será su grado de reacción. Pero en un periodo a medida que disminuye su número atómico aumenta su reactividad.
13. ¿Cómo varían las propiedades ácidas en un periodo?
Aumenta a medida que lo hace el número atómico.
14. ¿Qué es la electro afinidad?
Es una medida de la variación de la energía que tiene lugar cuando un átomo en estado gaseoso adquiere un electrón, esta proceso puede ser exotérmico (por ejemplo cuando el Flúor gana un electrón) o endotérmico (por ejemplo cuando un gas noble gana un electrón).
La afinidad electrónica aumenta cuando el tamaño del átomo disminuye, el efecto pantalla aumenta y cuando el número atómico disminuye. Visto de otra manera: aumenta de izquierda a derecha, y de abajo hacia arriba, al igual que lo hace la electronegatividad.
15. ¿Qué es la electronegatividad?
Es la capacidad que tiene un átomo de atraer los electrones hacia él al formar un enlace.
16. ¿Cómo varia el grado de reactividad (electro afinidad) de los elementos del grupo I hacia el grupo VII?
La electro afinidad, se incrementa de izquierda a derecha en un periodo; y de abajo hacia arriba en un grupo, por lo tanto se podría decir que la electro afinidad aumenta desde el grupo I hasta el grupo VII.
17. ¿Cómo varía el grado de reactividad (electronegatividad) de los elementos del grupo VII?
De abajo hacia arriba, siendo el más reactivo el Flúor.
18. En la prueba F: escriba las reacciones que ocurren
o Tubo principal : Al3+ + 3Cl- + 3(NH4)+ -----> Al(OH)3 + 3NH4Clo Tubo A : 3HCl + Al(OH)3 -----> AlCl3 + 3H2Oo Tubo B : Na(OH) + Al(OH)3 -----> NaAl(OH)4
19. Según lo observado, ¿Cómo define usted la propiedad anfótera?
La propiedad anfótera es aquella por la cual una misma sustancia puede actuar, dependiendo con quien va a reaccionar, como base o como acido.
ESTRUCTURA ATÓMICAObjetivos
La intención de esta práctica es dar lugar a que el alumno, mediante una introducción al Análisis Espectral Cualitativo, observe las manifestaciones físicas del átomo, basándose en el hecho de que los átomos al ser excitados, mediante una fuente externa de energía, emiten una luz característica que al ser analizada en un espectroscopio se manifiesta por una serie de líneas de longitud de onda definidas.
Los espectros de muchos átomos se descubren con las llamas del mechero de Bunsen, gracias a que son muy simples y fáciles de distinguir.
De ahí el gran interés que ofrece el estudio de las líneas espectrales para confirmar o reconocer un gran número de elementos, especialmente los alcalinos y los alcalino-térreos.
Fundamento teórico
Espectros ópticos.- Cuando se hace pasar la radiación emitida por un cuerpo caliente a través de un prisma óptico, se descompone en distintas radiaciones electromagnéticas dependiendo de su distinta longitud de onda (los distintos colores de la luz visible, radiaciones infrarrojas y ultravioleta) dando lugar a un espectro óptico. Todas las radiaciones obtenidas impresionan las películas fotográficas y así pueden ser registradas.
Cada cuerpo caliente da origen a un espectro diferente ya que esta depende de la propia naturaleza del foco.
Los espectros pueden ser de emisión y absorción. A su vez ambos se clasifican en continuos y discontinuos:
Espectros de emisión: Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones emitidas por un cuerpo previamente excitado.
- Los espectros de emisión continuos se obtienen al pasar las radiaciones de cualquier sólido incandescente por un prisma. Todos los sólidos a la misma Temperatura producen espectros de emisión iguales.
- Los espectros de emisión discontinuos se obtienen al pasar la luz de vapor o gas excitado. Las radiaciones emitidas son características de los átomos excitados.
Introducir el alambre en la
llama
Introducir el alambre en la
llama
Tocar la sustancia a
analizar
Introducir el alambre el HCl concentrado
Introducir el alambre en la
llama
Observar y anotar los resultados
Espectros de absorción: Son los espectros resultantes de intercalar una determinada sustancia entre una fuente de luz y un prisma
- Los espectros de absorción continuos se obtienen al intercalar el sólido entre el foco de radiación y el prisma. Así, por ejemplo, si intercalamos un vidrio de color azul quedan absorbidas todas las radiaciones menos el azul.
- Los espectros de absorción discontinuos se producen al intercalar vapor o gas entre la fuente de radiación y el prisma. Se observan bandas o rayas situadas a la misma longitud de onda que los espectros de emisión de esos vapores o gases.
Diagrama de Proceso
Observaciones
Cloruros Formula Color de la llamaBario BaCl2 Verde Limón
Estroncio SrCl2 Naranja intensoCalcio CaCl2 Naranja Litio LiCl Rojo intenso
Potasio KCl LilaSodio NaCl Amarillo - Naranja
Los resultados obtenidos se encuentran en la pregunta número 5 del cuestionario.
Cuestionario
1. ¿Qué es un cuanto, qué es un fotón?
o Max Planck enunció que la radiación electromagnética se transmite en unas unidades discretas denominadas cuanto. Un cuanto es la menor cantidad de energía que puede transmitirse en cualquier longitud de onda.
o Un fotón es un cuanto de luz.
2. ¿Qué es un espectro de líneas y espectro continuo?
o Un espectro de líneas o espectro discontinuo, es aquel que se obtiene de un espectro de emisión o de absorción atómica, y consiste en una serie de líneas paralelas bien definidas que varían de acuerdo al elemento que se este analizando
3. Diferencias entre un espectro de emisión y un espectro de absorción
Espectro de emisióno Se produce por un gas a baja presión, vuelto incandescente mediante calor
o una descarga eléctrica.o En este estado, el gas emite luz (rem visible)o Esto debido a que los electrones del gas liberan energía en forma de
fotones con longitud de onda específicao Al difractar esta luz, el espectro resultante consiste en líneas brillantes
frente a un fondo oscuro
Espectro de Absorcióno Se produce al incidir luz blanca (todas las frecuencias) sobre un gas no
incandescente (baja energía).o El gas absorbe la energía que emite la fuente, y sus electrones adquieren
energía, lo cual produce saltos hacia niveles superiores.o Así, parte de la luz de la fuente es “atrapada” por el gas para adquirir
energía, y el espectro resultante consiste en líneas oscuras en un fondo de un espectro continuo.
4. ¿A qué se debe el color de la llama al excitar un átomo?
Se debe a los múltiples saltos que realizan en su interior los electrones en las capas externas de un átomo. Como cada átomo tiene su propia configuración electrónica, la radiación emitida es por lo tanto única de cada átomo.
5. Llenar el siguiente cuadro de resultados
Cloruros Formula Color de la llama Línea Caract.Bario BaCl2 Verde Limón 5890 A
Estroncio SrCl2 Naranja intenso 4044 ACalcio CaCl2 Naranja 6708 ALitio LiCl Rojo intenso 4226 A
Potasio KCl Lila 4607 ASodio NaCl Amarillo -
Naranja5535 A
6. ¿Presentan todos los elementos los mismos espectros? Explique su respuesta
No, porque cada transición de un nivel de energía a otro corresponde a una determinada longitud de onda.
7. Se tiene una solución problema, ¿qué elemento o elementos se encuentran presentes?
Los elementos de un compuesto se pueden identificar mediante el espectroscopio, el cual analiza la luz emitida por los elementos. Dado que cada elemento tiene un espectro distinto, esta lectura es más precisa que los métodos convencionales.
