Informe 2 Lab Quimica

INFORME Nº 02: Práctica de agregación de la materia (sólidos)

CONTENIDO

1. OBJETIVO 2. FUNDAMENTO TEÓRICO 3. DATOS DEL LABORATORIO 4. CALCULOS Y RESULTADOS 5. DIAGRAMA DE PROCESO PROCESO 6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES CONCLUSIONES 7. CUESTIONARIO 8. BIBLIOGRAFIA

OBJETIVO Experimento Nº 01: Diferencia entre “sólido amorfo” y solido cristali no. Objetivos

- Establecer diferencias entre un solidó amorfo y un solidó cristalino - Conocer las características y propiedades de los diferentes tipos de sólidos a determinadas temperaturas. - Establecer las aplicaciones que tienen estos compuestos en el desarrollo de la vida diaria. Experimento Nº 02: Propiedades de los solidos cristalinos Objetivos

- Verificar los datos teóricos acerca de estos compuestos. - Conocer las características de los solidos en reacción con el medio. - Poder determinar experimentalmente las formas de cristalización de los sólidos. - Conocer algunos solidos cristalinos y sus propiedades a condiciones ambientales. Experimento Nº 03: Obtención de solidos cristalinos (a partir de una solución acuosa) Objetivos

- Conocer las propiedades del sulfato de cobre a temperatura ambiente. - Conocer algunas aplicaciones del sulfato de cobre. - Determinar el tipo de cristalización de esta sustancia. - Observar algunas propiedades como la solubilidad y como afecta el calor. Experimento Nº 05: Modelos de celdas unitarias Objetivos

- Observar las formas que adoptan las moléculas de los sólidos y determinar det erminar sus propiedades. - Determinar si este ordenamiento influye en sus propiedades. - Establecer diferencias entre los compuestos por su modelo de celda unitaria.

Fundamento teórico Estado sólido

 Al estado sólido se lo califica de perfectamente ordenado. Las partículas de un cristal ocupan posiciones determinadas alrededor de las cuales sólo tienen movimientos de vibración de muy corto alcance. Las distancias entre las partículas son fijas y dependen de la naturaleza química del sólido. El entorno de una partícula de determinada clase es el mismo en cualquier lugar del cristal. El orden cristalino no se circunscribe a una porción del mismo, sino que sus partículas se encuentran distribuidas geométricamente de un modo periódico. En realidad estamos describiendo un cristal perfecto, sistema ideal que no existe en la naturaleza. Lo mismo que los gases ideales, los sólidos ideales perfectos son modelos que se conciben a fin de deducir las leyes que rigen su comportamiento y las ecuaciones que describen su estado. Estas leyes y ecuaciones deben ser luego corregidas para que interpreten las propiedades de los sólidos reales. Los cristales reales exhiben algunos “defectos” que son apartamientos de la estructura ideal. Otras propiedades características de los sólidos son la anisotropía (que consiste en que el valor de algunas propiedades depende de la dirección del cristal que se considere), bajo coeficiente de dilatación (el volumen del sólido varía muy poco con la temperatura), una temperatura de fusión definida, elevada cohesión y casi nula (pero finita y medible) compresibilidad (soporta esfuerzos y sufre apenas un leve cambio temporal de forma). En estado sólido, una cierta porción de sustancia a temperatura dada tiene contenido de energía mínimo con respecto a los otros estados. La clasificación de los solidos según el tipo de enlace que presentan sus átomos esta dado por: Sólidos amorfos y cristalinos

Se diferencian dos tipos de sólidos: cristalinos y amorfos. Los sólidos cristalinos, que adoptan formas geométricas regulares limitadas por caras planas, tiene átomos, iones o moléculas en posiciones fijas en el espacio, alrededor de las cuales, los únicos movimientos son vibracionales. Los sólidos amorfos carecen de esta regularidad en gran extensión, por estar constituidos por macromoléculas que encuentran dificultad para acomodarse en posiciones fijas. Ejemplos de los primeros son: cloruro de sodio, diamante, hielo; de los segundos caucho, vidrio y cualquier plástico. Estos dos tipos de sólidos poseen algunas propiedades en común y difieren en otras. Entre las primeras se puede mencionar la forma y el volumen propio (las fuerzas de cohesión en el sólido son suficientes como para contrarrestar las fuerzas externas), la densidad que generalmente es mayor que la del líquido correspondiente y la difusión que es extremadamente lenta. Al calentar un vidrio se observa que se ablanda gradualmente hasta que comienza a fluir, mientras que el hielo al ser calentado, mantiene sus propiedades mecánicas hasta que a la temperatura de 0°C y a una atmósfera de presión, comienza a

los amorfos, el punto de fusión definido para los primeros y no observable para los segundos. Los sólidos cristalinos, como el cloruro de sodio, son anisotrópicos, esto es que sus propiedades físicas, tales como la resistencia mecánica, índice de refracción, conductividad eléctrica, varían según la dirección en la que se midan. Los sólidos amorfos, al igual que los líquidos y gases, son isotrópicos, es decir sus propiedades son iguales en todas las direcciones. Esto se debe a la falta de regularidad en el ordenamiento de las partículas en los sólidos amorfos, lo cual determina que todas las direcciones sean equivalentes. Es habitual reservar la denominación de sólidos o cristales a los que hemos mencionado como sólidos cristalinos y llamar líquidos de elevada viscosidad a los vidrios, resinas y plásticos que, aunque rígidos y de elevada cohesión, no tienen sus partículas regularmente ordenadas como los cristales, no tienen temperatura de fusión definida y son isótropos. Definición de términos clave

- Anisotropía. Propiedad que presentan ciertos cuerpos consistentes en la dependencia de sus propiedades de la dirección que en ellos se considere. El fenómeno de la anisotropía es debido a la ordenación espacial de los átomos en la red cristalina y afecta a las propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas de los materiales. En la mayoría de las aplicaciones de las aleaciones no es preciso tener en cuenta el hecho de que tanto las propiedades elásticas como las plásticas están determinadas por el comportamiento de muchos granos individuales, cada uno de los cuales es anisótropo. Las aleaciones corrientes están constituidas por millones de pequeños cristales y, si están orientados al azar, las propiedades, medias son las mismas en todas las direcciones. Sin embargo, como resultado de los procesos de colada, l aminado o tratamientos térmicos, es posible que los granos de una barra policristalina adopten una orientación casi idéntica en cuyo caso la barra presentará un comportamiento anisótropo que, por ejemplo, puede hacer aumentar en gran m edida su rigidez en una dirección. En cuanto a las propiedades eléctricas, un aspecto interesante de la resistividad es su dependencia de la dirección de la corriente eléctrica en los monocristales de metales no cúbicos. Esta anisotropía de la resistividad se utiliza en dispositivos eléctricos especiales.  Algunos materiales son ópticamente anisótropos, es decir, la velocidad de la luz depende de la dirección en que ésta se propague a través de ellos y esto da lugar al fenómeno de la doble refracción. Otros materiales anisótropos, como la turmalina o la materia plástica transparente llamada polaroid, sólo transmiten la luz orientada en ciertas direcciones de manera que convierten la luz no polarizada en luz polarizada y pueden funcionar como polarizadores. - Isotropía. Un material o pieza es isotrópico cuando presenta exactamente las mismas propiedades en todas las direcciones. Lo contrario es ser anisotrópico, es decir, el tener propiedades distintas para cada dirección (propiedades direccionales).

diferentes y por tanto que dan lugar a unidades moleculares también diferentes. Ejemplo. El ejemplo por excelencia de alotropía es el caso del carbono, cuyas formas alotrópicas son diamante y grafito, dos ejemplos claros de la importancia de la estructura cristalina en las propiedades de los compuestos.  Ambos son compuestos del carbono, pero difieren en el enlace y la posición de los átomos. - Polimorfismo. Es aquel fenómeno en el cual un compuesto puede poseer una o más formas cristalinas. Por ejemplo: CaCO3 (romboédrica), llamada calcita, y CaCO3 (ortorrómbica), llamada aragonita. Higroscopia

Es la capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder humedad al medioambiente. Un producto higroscópico es la miel. También es sinónimo de higrometría, siendo esta el estudio de la humedad, sus causas y variaciones (en particular de la humedad atmosférica). Esto se debe porque en el medio que se encuentren estos compuestos absorben el agua que se encuentra dispersa en el medio. Delicuescencia

Propiedad que algunas sustancias sólidas tienen de absorber la humedad del aire y de disolverse en ella. Tiene lugar cuando se forma una disolución saturada con una presión de vapor inferior a la del agua en el aire. La delicuescencia es debida a que el sólido se disuelve en la humedad que se condensa en su superficie, dando lugar a una capa muy fina de una disolución muy concentrada, y cuya presión de vapor es muy baja. Para que la presión de vapor de esta disolución pueda igualar la presión parcial del vapor de agua del aire, el sólido absorbe más agua. Este proceso continúa hasta que toda la masa del sólido se disuelve. El cloruro de calcio y el hidróxido de sodio son ejemplos de sólidos delicuescentes. Presión de Vapor en los Sólidos o Sublimación

La curva que indica la variación de la Pv en función de la T° , para los sólidos, se denomina Curva de Sublimación. Esto se debe a que el pasaje desde el sólido hacia el vapor sin pasar por el líquido se lo denomina Sublimación.  Análogamente puede hacerse pasar al vapor hacia el sólido, por medio del enfriamiento del vapor, siempre que se cumpla que: Pv < Pv  s ólido en la fus ión. El cambio de estado en la materia va acompañado por una absorción de calor, que será el Calor Latente de Sublimación (H s), el cual viene relacionado con los calores de Fusión (H f ) y de Vaporización (Hv), siempre que estén referidos a la misma T°: H  s = H  f + H v  Cristalografía

La mayoría de los minerales adoptan formas cristalinas cuando las condiciones de formación son favorables. La cristalografía es el estudio del crecimiento, la forma y el carácter geométrico de los cristales. La disposición de los átomos en

composición química, la disposición de los átomos y las fuerzas de enlace entre éstos. Esta relación determina las propiedades físicas y químicas de los minerales. Los cristales se agrupan en seis sistemas de simetría: cúbico o isométrico, hexagonal, tetragonal, ortorrómbico, monoclínico y triclínico. El estudio de los minerales constituye una importante ayuda para la comprensión de cómo se han formado las rocas. La síntesis en laboratorio de las variedades de minerales producidos por presiones elevadas está contribuyendo a la comprensión de los procesos ígneos que tienen lugar en las profundidades de la litosfera. Dado que todos los materiales inorgánicos empleados en el comercio son minerales o sus derivados, la mineralogía tiene una aplicación económica directa. Usos importantes de los minerales y ejemplos de cada categoría son las gemas o piedras preciosas y semipreciosas (diamante, granate, ópalo, circonio); los objetos ornamentales y materiales estructurales (ágata, calcita, yeso); los refractarios (asbestos o amianto, graf ito, magnesita, mica); cerámicos (feldespato, cuarzo); minerales químicos (halita, azufre, bórax); fertilizantes (fosfatos); pigmentos naturales (hematites, limonita); aparatos científicos y ópticos (cuarzo, mica, turmalina), y menas de metales (casiterita, calcopirita, cromita, cinabrio, ilmenita, molibdenita, galena y esfalerita). Cristales

La distribución de las partículas en un cristal obedece a un patrón llamado el retículo cristalino. Se entiende por tal a un conjunto de direcciones o líneas imaginarias en cuyas intersecciones se encuentran las partículas. Los cristales agrupados en el sistema cúbico adoptan alguno de los siguientes retículos cristalinos: - Retículo cúbico simple: las partículas están ubicadas en los vértices de un cubo, como se observa en la parte a) de la siguiente figura. a) b) c) Cada vértice es compartido por 8 cubos en la red “infinita” del cristal, luego en cada cubo del retículo simple hay 8 x 1/8 = 1 partícula neta, esto puede verse en la parte a) de la siguiente figura donde se muestra la porción de cada átomo que pertenece a la celda unitaria. a) b) c) - Retículo cúbico centrado en el cuerpo: hay partículas en cada uno de los 8 vértices y otra en el centro del cubo (parte b) de las f iguras). En este retículo la partícula central pertenece con exclusividad al cubo, que resulta tener 8 x 1/8 + 1 = 2 partículas netas. - Retículo cúbico centrado en las caras: hay partículas en cada vértice y en el centro de cada cara (parte c) de las figuras). En este caso, como cada partícula de centro de cara es compartida por 2 cubos contiguos, en cada cubo hay 8 x 1/8 + 6 x ½ = 4 partículas netas. Número de coordinación: se define como número de coordinación de un cristal al número de partículas que están a la menor e igual distancia de cada una de ellas. La observación de los diagramas de retículos cúbicos permite reconocer que en el retículo cúbico simple el número de coordinación es 6, en el cúbico centrado en el cuerpo es 8 y en el cúbico centrado en las caras es 12.

independientemente, en la red cristalina del cloruro de sodio, o sea, conjuntos de iones todos iguales entre sí. El retículo centrado en el cuerpo caracteriza al CsCl, o sea, una sal binaria. Como la relación entre los números de aniones y cationes es 1:1 cada ion Cs + puede visualizarse como ubicado en el centro de un cubo en cuyos ocho vértices hay sendos Cl -, o en un vértice de un cubo que tiene un Cl - como ion central. El retículo cúbico centrado en las caras es habitual en cristales binarios y en cristales formados por una única clase de iones, este tipo de retículo forma una de las estructuras conocidas como empaquetamiento compacto típico de los metales. Clasificación de los sólidos cristalinos

Las propiedades de los sólidos varían ampliamente. Así por ejemplo, el cobre es un buen conductor de la corriente eléctrica, es dúctil y maleable; el cloruro de sodio no conduce la corriente eléctrica al estado sólido, es frágil y duro; el diamante (carbono) es muy duro, corta el vidrio y no conduce la corriente eléctrica; el naftaleno sublima fácilmente a la temperatura ambiente, lo cual se percibe por el olfato, es blando y no conduce la corriente eléctrica. Estas y otras propiedades se explican en función de los tipos de partículas constitutivas y de la naturaleza de los enlaces que mantienen unidas entre sí a esas unidades estructurales de los sólidos. De acuerdo con esto, se puede clasificar a los cristales en: metálicos, iónicos, de redes covalentes o atómicos y moleculares. a) Cristales metálicos

Se recuerda que las propiedades macroscópicas que caracterizan a la mayoría de los metales son: elevadas conductividades eléctrica y térmica, ductilidad, maleabilidad y brillo metálico. En estos sólidos, los electrones de enlace se encuentran totalmente deslocalizados ocupando orbítales moleculares que se extienden sobre la totalidad del cristal metálico, en el cual los cationes se ubican en posiciones fijas. La movilidad electrónica resultante explica la alta conductividad eléctrica y térmica de los metales. Se pueden suministrar electrones por medio de un generador de corriente eléctrica a un extremo de un alambre metálico y recuperar una cantidad igual en forma prácticamente instantánea por el otro extremo sin que se produzca ningún cambio observable en las propiedades físicas o químicas del metal. Cuando se calienta el metal los electrones libres pueden adquirir energía cinética térmica y al moverse rápidamente a través del cristal transportar el calor. También la maleabilidad y ductilidad se explican por la existencia de electrones deslocalizados que permiten que las capas de cationes se deslicen unas con respecto a otras y sea posible así laminar o estirar en forma de alambre al metal. Cuando un haz de luz choca con una superficie metálica, origina un movimiento oscilatorio de los electrones superficiales que los convierte en nuevos sistemas emisores de radiaciones electromagnéticas (luz). El efecto neto es que el rayo de luz incidente se refleja dando como resultado el brillo metálico. Sin embargo, no todos los metales poseen las mismas propiedades, así por

mejor conductor de la electricidad que el bismuto. Otras propiedades como el punto de fusión, el punto de ebullición y la dureza, varían dentro de un amplio intervalo de valores: el mercurio es líquido a temperatura ambiente, mientras que el tungsteno tiene el punto de fusión más alto entre todos los elementos de la tabla periódica, los metales alcalinos son tan blandos que algunos pueden ser cortados con un cuchillo, mientras que el osmio es tan duro que puede marcar el vidrio. Estas diferencias dependen de la fuerza del enlace metálico, debida a la atracción electrostática entre los cationes y los electrones deslocalizados. Esta fuerza es tanto mayor cuanto mayor es la carga de dichos cationes y el número de electrones del enlace metálico. El cobre es un ejemplo típico de cristal metálico. b) Cristales iónicos

Estos son, en general, duros, quebradizos, buenos aislantes y tienen puntos de fusión y ebullición altos. En la red cristalina iónica, se alternan aniones y cationes, entre los cuales actúan fuerzas electrostáticas de magnitud considerable y no dirigidas, es decir que cada ion del cristal está ligado por fuerzas coulómbicas a todos los otros iones, de tal manera que no hay grupos discretos de partículas. Las fuerzas coulómbicas entre iones de distinto signo son atractivas (negativas) y entre iones de igual signo son repulsivas (positivas)y el valor de la energía de formación del cristal depende de la importancia relativa de cada tipo de fuerza coulómbica. Naturalmente, la estabilidad de los cristales iónicos existentes indica que prevalecen las fuerzas de atracción sobre las de repulsión. Estas fuerzas ínter iónicas explican la dureza y los altos puntos de fusión y ebullición; esto, sumado a la resistencia a la movilidad de los iones de la red, impide la conductividad eléctrica y los convierte en buenos aislantes. En cambio, cuando están fundidos son buenos conductores eléctricos porque los movimientos iónicos se hacen más amplios. Son poco solubles en la mayoría de los solventes, sólo lo hacen en los más polares, como por ejemplo el agua. En estos casos las fuerzas atractivas ionsolvente deben superar las fuerzas ínter iónicas (catión-anión). Esto equivale a decir que la energía de hidratación de los iones supera a la energía reticular del cristal. El cloruro de sodio es uno de los ejemplos de sólido iónico. Son también típicamente iónicos los óxidos, sulfuros, nitruros y haluros de los metales alcalinos y alcalinotérreos. En los cristales iónicos binarios el empaquetamiento no alcanza la compactación en los cristales metálicos porque los radios aniónico y catiónico son, naturalmente, distintos.  Algunos retículos característicos son el del CsCl (cúbico centrado en el cuerpo), que aparece en la parte a) de la siguiente figura: En la estructura de la cicblenda, ZnS (parte b) de la figura anterior), los iones S2- adoptan una celda cúbica centrada en las caras, con los iones Zn 2+, más pequeños, dispuestos de modo que cada uno está rodeado por cuatro iones S2- que forman un tetraedro. El CuCl también adopta esta estructura. La estructura del NaCl (que consiste en un retículo cúbico simple de Na + ínter penetrado con otro igual de Cl -), característico también de los óxidos y sulfuros de los metales alcalinotérreos. En la parte a) de la siguiente figura

Otro retículo es el del CaF2 (retículo de la fluorita, que se observa en la parte c) de la figura de la página anterior) que también adoptan otros compuestos binarios tipo B2+ A2 -. Se denominan retículos de la antifluorita a los de compuestos binarios de fórmula general B 2 + A2- como los óxidos y sulfuros de los metales alcalinos. Un retículo más complicado es el de algunos aluminatos u óxidos dobles naturales llamados espinelas que incluyen el ion Al 3+ e iones Me2+. La espinela prototipo es la de magnesio: Al 2O3.MgO o (AlO2)2Mg. c) Cristales de redes covalentes o atómicos

Se caracterizan por una elevada dureza, altos puntos de fusión y ebullición, baja conductividad eléctrica y por ser prácticamente insolubles en la mayoría de los solventes. Las unidades estructurales son átomos unidos en una red t ridimensional por enlaces covalentes direccionales. Este enlace covalente, de pares de electrones localizados, extendido a todo el cristal es lo suficientemente fuerte para justificar las propiedades citadas. Ejemplos típicos de estos sólidos son el diamante, el silicio, un alótropo del estaño y el carborundo, SiC. En el diamante cada átomo de carbono está unido a otros cuatro átomos de carbono como se muestra en la parte a) de la siguiente figura: Esta matriz tridimensional interconectada de fuertes enlaces sencillos carbono-carbono contribuye a la inusitada dureza del diamante. Los diamantes de grado industrial se emplean en las cuchillas de las sierras para los trabajos de corte más exigentes. En congruencia con su estructura y enlaces, el diamante también tiene un elevado punto de fusión, 3550°C. En el grafito los átomos de carbono están dispuestos en capas de anillos hexagonales interconectados como se muestra en la parte b) de la figura anterior. Cada átomo de carbono está unido a otros tres de la capa. La distancia entre carbonos adyacentes en el plano, 1,42 Å, es muy cercana a la distancia C-C en el benceno, 1,395 Å. De hecho, los enlaces se parecen a los del benceno, con enlaces  deslocalizados que se extienden sobre las capas. Los electrones se mueven libremente por los orbitales deslocalizados, y esto hace que el grafito sea un buen conductor de la electricidad a lo largo de las capas (el electrodo central de la batería está hecho de grafito). Las capas, separadas 3,41 Å, se mantienen unidas por débiles fuerzas de dispersión. Las capas se deslizan fácilmente unas sobre otras cuando se frotan, lo que da a la sustancia una sensación grasosa. El grafito se utiliza como lubricante y para fabricar la punta de los lápices. d) Cristales moleculares

Estos sólidos tienen puntos de fusión y ebullición bajas o moderadas, son blandos, conductores pobres de la corriente eléctrica tanto en estado sólido como cuando están fundidos y son generalmente, insolubles en agua. Las fuerzas de unión intermoleculares son interacciones dipolo inducidodipolo inducido de London en los sólidos no polares y dipolo -dipolo o puente de hidrógeno para los polares. Dado que dichas fuerzas son débiles se  justifican las propiedades macroscópicas. La mayor parte de las sustancias que a temperatura ambiente son gases, cuando cristalizan forman sólidos moleculares, por ejemplo el oxígeno. En cambio aquellas sustancias cuyas moléculas son fácilmente polarizables, a la misma temperatura, son sólidos.

cristales:

CÁLCULOS Y RESULTADOS 1. Diferencia entre sólido amorfo y sólido cristalino Un sólido cristalino es un sólido cuyos átomos, iones y moléculas se encuentran ordenados en disposiciones bien definidas. Estos sólidos suelen poseer superficies planas o caras que forman ángulos definidos entre sí. En contraste, un sólido amorfo es un sólido, cuyas partículas no tienen una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. FUSIÓN DE UN SÓLIDO AMORFO Los trozos de brea y de plástico al ser calentados se ablandan esparciéndose ,en el caso de la brea, o contrayéndose, en el caso del plástico, lo que nos indica que no tienen un punto de fusión definido sino un rango de ablandamiento. 2. PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS Las propiedades de los cristales y en general de las sustancias cristalinas, confirman el hecho de que en ellas las partículas están dispuestas en estructuras ordanadas.  A. DENSIDAD DE LOS SÓLIDOS: Nombre del metal : Hierro Densidad = 7.74 g/cm3 Volumen del agua (mL) : 10 mL Masa total del metal (g) : 4.18 g del metal Volumen del metal + agua (mL) :10.54 mL Volumen del metal (mL) : 0.54mL B. HIGROSCOPÍA  Al dejar al ambiente el sulfato de cobre anhidro un determinado tiempo, se observa que cambia de color blanco a un color celeste claro lo que nos indica que absorbió agua del ambiente. Una sustancia higroscópica es capaz de absorber o ceder humedad al medio ambiente. C. DELICUESCENCIA  Al dejar al ambiente el hidróxido de sodio un determinado tiempo, se observa que se encuentra en la fase acuosa lo que nos indica que

D. SUBLIMACIÓN  A temperatura ambiente, el yodo es un sólido molecular de color negruzco. Cuando se calienta, el yodo sólido se transforma directamente del estado sólido al de gaseoso, sin pasar por el estado líquido. El vapor del yodo presenta un color lila. La sublimación se define como el proceso mediante el cual la materia pasa del estado sólido directamente al gaseoso. 3. OBTENCIÓN DE SÓLIDOS CRISTALINO A PARTIR DE UNA SOLUCIÓN ACUOSA SOBRESATURADA  Al calentar la solución acuosa de sulfato de cobre y verterlo en caja Petri, poco a poco se transforma en pequeños cristales de sulfato de cobre que al observarlos con el microscopio se verán que tienen la forma de pequeños paralelepípedos es decir sistema triclínico. 4. OBTENCIÓN DE VARIOS ESTADOS ALOTRÓPICOS DEL AZUFRE Cuando hay dos o más formas físicas de un elemento en el mismo estado se le llama alotropismo. El estado en que lo encontramos normalmente azufre es Ortorrómbica de color amarillenta. Es insoluble en agua, pero soluble en disulfuro de carbono. Existen diversas formas alotrópicas del azufre, las obtenidas en la práctica de laboratorio son:

Sustancia

Sistema de cristalización Octaédrico Prismático  Amorfo

5. CONFECCIÓN DE LOS MODELOS DE CELDAS UNITARIAS DE EMPAQUETAMIENTO MÁS COMUNES Muchos sólidos tienen una estructura de empaquetamiento compacto en la que los átomos se acomodan tratando de dejar la mínima cantidad de espacio. Hay dos formas íntimamente relacionadas de empaquetamiento compacto, el cúbico y el hexagonal. EMPAQUETAMIENTO Cúbico Cúbico cara centrada Cúbico cuerpo centrado Hexagonal compacto

Nº DE ESFERAS PARÁMETROS POR CELDA RED UNITARIA

6

DE

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

DIFERENCIA ENTRE “SOLIDO AMORFO” Y SOLIDO CRISTALINO 1.1 FUSIÓN DE UN “SOLIDO AMORFO” Colocar un trozo de brea sobre una lámina de lata que debe estar sobre un trípode. Calentar suavemente empleando el mechero. Observa y anota. Repita con un trozo de plástico (termoplástico).

2. PROPIEDAES DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS 2.1 DENSIDAD DE LOS SOLIDOS Lijar y pesar una docena de clavos (hierro). Colocar 10 mililitros de agua en una probeta graduada. Adicionar la docena de clavos dentro de la probeta. Medir el nuevo volumen. Determinando la densidad del hierro.

 2.2.ABSORCIÓN DEL AGUA HIGROSCOPIA: Dejar sobre una luna de reloj un poco de sulfato de cobre anhidro al ambiente. Observar y anotar el cambio de color y la fase, después de una hora.

DELICUENCENCIA: Dejar sobre una luna de reloj un poco de hidróxido de sodio al ambiente. Observar y anotar el cambio de fase después de una hora

2.3 SUBLIMACIÓN: Colocar un gramo de Yodo dentro de un tubo de ensayo limpio y seco. Anotar el color y la fase en el que se encuentra el Yodo. Tapar el tubo. Calentar a 80°C, 150 mililitros de agua en un vaso de 250 mililitros. Introducir el tubo dentro del vaso con agua. Observar y anotar el color y fase del Yodo después del calentamiento durante 2 minutos.

3. OBTENCIÓN DE SÓLIDOS CRISTALINOS

 3.1 A PARTIR DE UNA SOLUCIÓN ACUOSA SOBRESATURADA: Sostenga con la mano el tubo de ensayo que contiene sulfato de cobre (sólido) en agua y sométalo a calentamiento suave a fuego directo hasta disolución completa. Vierta la solución acuosa de CuSO 4  caliente a la caja Petri y cúbrala con la tapa de la caja Petri. Deje enfriar a temperatura ambiente y de vez en cuando observe sin mover la base de la caja Petri (aprox. cada 15 minutos) hasta la formación de cristales de CuSO 4, 5H2O. Con un escarba dientes o palito de fósforo separe varios mono cristales en un papel de

4. OBTENCIÓN DE VARIOS ESTADOS  ALOTRÓPICOS DEL AZUFRE a) Azufre octaédrico.- Disolver 1 gramo de azufre en una cápsula con 3 ml de sulfato de carbono (este solvente es sumamente inflamable), filtrar y dejar evaporar la solución en un cristalizador sobre un baño de agua caliente, lejos del fuego, pasado cierto tiempo, observar los cristales obtenidos.

b) Azufre prismático.Fundir 1 gramo de azufre al calor

observando las transformaciones que se suceden por acción del calor, cuando la sustancia emite vapores, retirarla al fuego, y al formarse una película en su superficie perforarla con un punzón y volcar el contenido líquido que aún resta. Déjelo enfriar y observe los cristales obtenidos, verificando su forma prismática

c) Azufre amorfo.- Fundir 1 gramo de azufre en un balón hasta que emita vapores, volcarlo sobre el dispositivo para comprobar el estado amorfo y la elasticidad de la variedad formada.

5. CONFECCIÓN DE LOS MODELOS DE CELDAS UNITARIAS DE EMPAQUETAMIENTOS MAS COMUNES.

5.1 Empaquetamiento cúbico simple. Tome 8 porciones de 1/8 de esfera y cada una de las porciones con los alambres suministrados .

5.2 Empaquetamiento cúbico de cuerpo centrado. En base al modelo 5.1 separe cuidadosamente la mitad superior, coloque en medio una esfera entera y trate de llegar a confeccionar.

5.3 Empaquetamiento cúbico de cara centrada. En base al modelo 5.1 confeccionar

5.4 Empaquetamiento hexagonal compacto. base al modelo 5.1 confeccionar el modelo.

En

Observaciones

Experimento N°1 -En la primera parte se observó que la brea fundía de una manera irregular y heterogénea evidenciando en su fusión un ordenamiento irregular. -Cuando se procede al fundir el plástico se observó algo análogo pero este no fundía ya que tiene un punto de fusión más alto al de la brea pero se contraía de una manera dispareja. Experimento N°2 -Al introducir los clavos (clavos lijados es decir con la menor cantidad de óxido) en la probeta con agua se observó que el nivel del agua ascendió. -En la segunda parte del experimento número dos se dejó dos sustancias como el sulfato de cobre e hidróxido de sodio, en el primer caso se observó un fenómeno denominado higroscopia que el sulfato se tornó de blanquecino que era paso a un color azulino; en la segunda parte el hidróxido realizo un fenómeno llamado delicuescencia donde este absorbió agua del ambiente apareciendo a sus alrededores. -En esta tercera parte se realizó el experimento denominado como sublimación, el yodo al inicio se presentaba en forma sólida y con un color negruzco que lo caracteriza al calentar este con el agua se observó que pasó a un color violeta muy vistoso. Experimento N°3 -Se realizó el procedimiento antes mencionado y se observó la formación de cristales de un color azul(turquesa) y de la forma de celda paralelepípedo con lados diferentes (triclínicos)

Experimento N°4 -En esta ocasión no se procedió de la forma dictada en el manual sino que se juntaron los azufres de todos los grupos y se hizo un experimento en común y se obtuvo un cristal de azufre de color amarillo -También el azufre se fundió en la campana a 700°C y se comprobó la forma alotrópica de azufre prismático -Por último se comprobó también que existe una forma de azufre amorfa. Conclusiones

-De las observaciones, podemos concluir de la experiencia los dos tipos de muestra que analizamos tienen una temperatura de fusión que no es muy exacta solo podemos decir que esta determinada por un rango de temperatura, esto se debe porque estos compuestos no poseen un ordenamiento en sus moléculas, por lo que se les denomina solidos amorfos. -Se observa que los materiales al hacerlos calentar emiten gases, que según los datos experimentales son muy tóxicos. - En el caso del sulfato de cobre este absorbe el agua que se

encuentra dispersa en el medio que es el aire, esto nos indica que el sulfato de cobre es un material higroscópico, esta reacción hace que el sulfato de cobre forme pequeños cristales rombitos de color azul que vendría a ser el sulfato de cobre hidratado, esto es debido a la presencia de agua en su estructura. - Con el hidróxido de sodio pasa algo similar pero en este caso, de igual manera que en el caso anterior también absorbe humedad del ambiente, pero no forma una nueva estructura como en el caso anterior sino forma una solución, y se puede notar en la muestra porque se forma un líquido blanquecino, pero en su interior se encuentra el hidróxido de sodio disuelto, a este comportamiento de algunas sustancias se le denomina delicuescencia. - Como el yodo que se evalúa, la mayor parte de este cambia a estado gaseoso se puede ver que es un sólido cristalino, pero

a gas y no pasa por el estado líquido, y este gas a su vez es de un color lila. A este paso de solido a gas se le denomina sublimación. - Podemos concluir de las observaciones que el sulfato de cobre, ha

cambiado su estructura molecular porque ahora añadió en su estructura el agua que estuvo presente en la solución, debido a esto es que la cantidad de agua disminuye según va aumentando el tamaño de los cristales. - Este método de obtención de solidos cristalinos no es el único, porque hay diversos métodos para obtenerlos el más común es el que se da de manera natural, por efectos de la presión y la temperatura. - El sulfato de cobre es una sustancia que tiene una alta afinidad por el agua, debido a que reacciona de manera espontánea cuando entra en contacto con ella. - Podemos observar que las propiedades tanto físicas como químicas de los compuestos dependen del ordenamiento que tienen las moléculas. - Los diferentes ordenamientos de los átomos en la celda determinan propiedades únicas e invariables en un compuesto, esto del ordenamiento solo se puede hacer visible en solidos cristalinos, mas no en un sólido amorfo, debido a que en el sólido amorfo no existe un ordenamiento definido.

Cuestionario 1. El hierro metálico cristaliza en una red cúbica. La longitud de la arista de la celda unitaria es 287 pm. La densidad del hierro es 7.87 g/cm 3. ¿Cuántos átomos de hierro hay en una celda unitaria?

 =

 =

 

ú  á ×  ó ú    = 

Entonces en nuestro problema: En S.I.

7870 =

ú  á ×. .×  (287 × 10− )

Por lo tanto Número de átomos = 2 2. El argón cristaliza en una estructura cúbica centrada en las caras a 40 K. Dado que el radio atómico del argón es 191 pm, calcule la densidad del argón sólido. (Masa atómica del Argon= 39.9) Usando la fórmula del problema 1 reemplazamos teniendo en cuenta que en una celda cúbica de cuerpo centrado existen solo 4 átomos por celda unitaria. Caso de estructura cúbica centrada en las caras √ 2 ×  = 4 ×  ó

 =

 ×. .×  (4 × 287 × 10−

÷ √ 2)

Su densidad resulta 0.495 g/cm 3 3. El bario metálico cristaliza en una red cubica centrada en el cuerpo. La longitud de la arista unitaria es de 502 pm, y la densidad del metal es 3.50 g/cm3. Con esta información, calcule el número de Avogadro. Utilizando la fórmula del ejercicio 1 reemplazamos (siendo masa atómica del bario 137.3g), teniendo en cuenta que en una celda cúbica de cuerpo centrado existen solo 2 átomos por celda unitaria.

3500 =

 ×. ú   (502 × 10− )

Por lo tanto Número de Avogadro = 6.029

4. El Zn cristaliza en una red hexagonal compacta. ¿Cuántos átomos de Zn hay en una celda unitaria? En una celda unitaria de una red hexagonal compacta existen 6 átomos. 5. El europio cristaliza en una red cúbica centra en el cuerpo. La densidad de Eu es 5.26 g/cm 3. Calcule la longitud de la arista de la celda unitaria en Ao. Siendo masa atómica del Europio (151.964 g)En S.I.

5260 =

 ×. . ×   ()

Resultando la arista 0.9863 A o. 6. El silicio cristalino tiene una estructura cúbica. La longitud de la arista de la celda unitaria es 543 pm. La densidad del sólido es 2.33 g/cm3. Calcule el número de Si en cada celda unitaria.

2330 =

ú  á ×. . ×   (543 × 10− )

Resulta el número de átomos igual a 8. 7. Una celda cúbica centra en las caras contiene 8 átomos X en las esquinas de la celda y 6 átomos Y en la caras. ¿Cuál es la fórmula empírica del sólido? Para X como va en cada esquina del cubo cada X representa un octavo de átomo para la celda y cada Y al estar en una cara representa medio átomo para la celda. Entonces habría un átomo de X y 3 de Y. En conclusión su fórmula empírica es XY3

8. La distancia entre los planos de un cristal de NaCl es 282 pm. Los rayos X son difractados de estos planos a un ángulo de 23.0 O. Considere que n=1 y calcule, en mm, la longitud de onda de los rayos X.

 ×    = 2 ×  × sin  Entonces reemplazando 1 ×    = 2 × 282 × 10− ×sin23 Entonces Longitud de onda = 2.20x10 -10 9. ¿Cuáles de los siguientes compuestos son sólidos moleculares y cuáles son sólidos covalentes? Se 8, HBr, Si, CO2, C, P4O6, SiH4

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10. Defina qué es el vidrio. ¿Cuál es su componente principal? Nombre tres tipos de vidrio. El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza, aunque también puede ser producido por el ser humano. Es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto en el ámbito científico debido a que el vidrio es un sólido amorfo (sus moléculas están dispuestas de forma irregular) y no un sólido cristalino. Su componente principal es arena de sílice (SiO2).   

Vidrio Laminado Vidrio Templado Vidrio Moldeado

11. Una estudiante recibe cuatro muestras de sólidos W, X, Y y Z. Todos tienen un brillo metálico. Se le informa que los sólidos pueden ser oro, sulfuro de plomo, mica (que es el cuarzo con SiO2) y yodo. Los resultados de sus investigaciones son: a) W es un buen conductor eléctrico; X,Y y Z son malos conductores eléctricos. b) Cuando los sólidos se golpean con un martillo, w se aplana, X se parte en fragmentos . Y se convierte en polvo y Z no se modifica. C) Cuando los sólidos se calientan con un mechero de Bunsen. Y se funde con un poco de sublimación, pero X, W y Z no se funden. d) Al tratarlos con HNO3, 6M, X se disuelve; no hay efecto en W, Y o Z. Con estos resultados identifique a cada uno de los sólidos. W es Oro ya que es buen conductor eléctrico. Y es Yodo ya que tiene bajo punto de fusión. Z es mica ya que no se modifica golpeándola con el martillo. X es sulfuro de plomo ya que reacciona con el ácido nitroso. 12. ¿Cuál de los dos compuestos siguientes tiene mayor densidad: el SiO2 cristalino o el SiO2 amorfo? ¿Por qué? El SiO2 cristalino tiene una estructura más compacta, ya que presenta un orden en su estructura. Entonces el SiO2 cristalino ocupa menor volumen con una misma masa; por lo tanto, tendrá mayor densidad. 13. El hierro puro presenta las formas alotrópicas: Fe α (BCC) de parámetro de red a=2.9x10-10m y a 910oC se transforma en Fe γ (FCC.) de parámetro de red a=3.65x10-10m. Se pide: a) Demostrar si dilata o contrae al pasar de hierro α a hierro γ. LABORATORIO Nº 06

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 Al inicio presenta una estructura cúbica de cuerpo centrado por lo tanto: 4× = √ 3 Es decir el radio atómico del Fe es 1.256 x10 -10m Luego a 910oC presenta una estructura de cara centrada. En este caso: 4× = √ 2 El radio atómico del Fe es 1.290 x10 -10m Por lo tanto el Fe se dilata.

b) Calcular las variaciones de densidad de cada forma alotrópica sabiendo que la masa atómica del hierro es 55.85 uma. El número de Avogadro es igual a 6.023x10 23.

 =

ú  á× ó ú    

Para el Fe α:

2×55.85×10−   = 6.023 × 10 ×(2.9×10 − )

  = 7.49/ Para el Fe γ:

4×55.85×10−   = 6.023 × 10 ×(3.65×10− )   = 7.62/

Por lo tanto la densidad varía: 0.13  / aumentando.

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BIBLIOGRAFIA

-Kenneth W. Whitten, Química General, octava edición. Páginas : de 225 al 228 y al 232 -Manual de Química General, Universidad Nacional de Ingeniería. Páginas: 33 a la 37

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