Laboratorio Nº 7
INDICE I. Objetivos
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II. Fundamento Teórico
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III. Parte Experimental Experimental Experiencia Experiencia I. DIFERENCIA ENTRE SOLIDO AMORFO Y SOLIDO CRISTALINO pág. Experiencia II. OBTENCIÓN DE CRISTALES
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Experiencia II III.CONFECCION DE CELDAS UNITARIAS
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Experien Experiencia cia IV.PROPIED IV.PROPIEDADES ADES DE LOS LOS SOLIDOS SOLIDOS CRISTALINOS CRISTALINOS pág. IV. Cuestionario
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V. Bibliografía
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Laboratorio Nº 7 I. OBJE OBJETI TIVO VOS: S: • • • •
Diferenciar entre un solido amorfo y un solido cristalino Obtener cristales y conocer los factores para una buena cristalización Confeccionar empaquetamientos comunes haciendo uso de modelos Determinar algunas propiedades de los sólidos cristalinos
II. FUNDAMENTO TEORICO: ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA • •
Son las diferentes formas en que la materia se encuentra organizada en la naturaleza. Son el resultado de la “lucha” entre dos tendencias OPUESTAS :
Sólido cristalino posee un ordenamiento estricto y regular. En un sólido cristalino, los átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas (predecibles). Sólido amorfo no posee un ordenamiento bien definido ni un orden molecular repetido. Una celda unitaria es la unidad estructural esencial repetida de un sólido cristalino En los puntos reticulares: • Átomos • Moléculas • Iones
Celda unitaria
Celda unitaria en tres dimensiones Los tres tipos de celdas cúbicas
Cúbica simple
Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras
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Laboratorio Nº 7 Distribución de esferas idénticas en las celdas cubicas
1 átomo/celda unitaria (8 x 1/8) = 1
2 átomos/celda unitaria (8 x 1/8 + 1 = 2)
4 átomos/celda unitaria (8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4)
Relación entre la longitud de la arista y el radio de los átomos de tres diferentes celdas unitarias
Tipos de cristales Cristales iónicos • Pun Punto toss retic reticula ulares res ocup ocupado adoss por por cati catione oness y anio aniones nes • Se mant mantie ienen nen junt juntos os por por la atrac atracció ciónn elect electros rostát tátic icaa • Duro Duro,, queb quebra radi dizo zo,, punt puntoo de fus fusió iónn alto alto • Mal Mal con condu duct ctor or de de calo calorr y elec electr tric icid idad ad Cristales covalentes • Pu Punt ntos os reti reticu cula lare ress ocu ocupa pado doss por por átom átomos os • Se manti mantiene enenn junt juntos os por enlace enlace covale covalent ntee • Duro Duro,, pun punto to de fusi fusión ón alto alto • Mal Mal con condu duct ctor or de de calo calorr y elec electr tric icid idad ad Cristales moleculares • Pun Punto toss ret retic icula ulares res ocupa ocupados dos por mol moléc écula ulass • Se mant mantie ienen nen junt juntos os por por fue fuerza rzass inte intermo rmolec lecul ulare aress • Su Suav ave, e, punt puntoo de de fus fusió iónn baj bajoo • Mal Mal con condu duct ctor or de de calo calorr y elec electr tric icid idad ad
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Laboratorio Nº 7 Cristales metálicos • Pun Punto toss retic reticula ulares res ocup ocupado adoss por por átomo átomoss metál metálic icos os • Se manti mantiene enenn junt juntos os por enlace enlacess metá metáli licos cos • Blando Blando a duro duro,, punt puntoo de de fusi fusión ón bajo bajo a alto alto • Buen Buen con condu duct ctor or de de calo calorr y elec electr tric icid idad ad CONDICIONES DEL LABORATORIO • Temperatura : 21,0 ºC : 742,0 Torr • Presión manométrica III.
PARTE EXPERIMENTAL:
Expe Experi rieencia ncia I. DIFER IFERE ENCIA NCIA ENTRE NTRE SOLI OLIDO AMO AMORFO RFO Y SO SOL LIDO CRISTALINO MATERIALES:
Para la realización de este experimento se requiere del uso de un pedazo de brea, un pedazo de plástico (termoplástico), (termoplástico), y uno de parafina, un trípode, un mechero de Bunsen, y una lata pequeña y pinzas.
PROCEDIMIENTO:
Se toma el trozo de brea y se le coloca sobre la lata. La lata se colocara sobre el trípode, el cual esta ubicado sobre el mechero. Se somete a un calentamiento suave.
Se procederá de igual manera para el pedazo de plástico y la parafina OBSERVACIONES:
Al someter al calentamiento suave, el trozo de brea comenzó a fundirse rápidamente, cambiando su apariencia a un líquido espeso de color negro. Al calentar el termoplástico, termoplástico, la fundición de este ocurrió lentamente, lentamente, cambiando también de apariencia a un cuerpo chicloso. Al momento de exponer la parafina al calor producido por el mechero se observa que esta se funde mas rápido que las otras dos sustancias
RESULTADOS: Velocidad de fusión del plástico
<
Velocidad de fusión de la brea
<
Velocidad de fusión de la parafina
CONCLUSIONES:
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Después de ejecutar esta experiencia se puede llegar a la conclusión de que se puede demostrar que los sólidos amorfos no tienen un intervalo de temperatura de fusión definido.
RECOMENDACIONES:
Para el calentamiento calentamiento se debe someter al calor del mechero de manera lenta para que se pueda observar con mayor claridad los cambios que ocurren de manera simultánea entre las sustancias en exposición. Sost So sten ener er con con segu seguri rida dadd la lata lata que que cont contie iene ne las las sust sustan anci cias as para para evit evitar ar quemaduras y otros accidentes que se puedan presentar.
Experiencia II. OBTENCION DE CRISTALES 2.1 A partir de una solución sobresaturada: MATERIALES:
Para que los resultados de esta experiencia sea de manera satisfactoria se necesita de una solución acuosa de CuSO4, un mechero de Bunsen y una caja petri pequeña
PROCEDIMIENTO:
Se toma con las pinzas el tubo de ensayo que contiene la solución. Se somete a un calentamiento suave hasta que se disuelva totalmente. Se deposita la solución formada en la caja petri para su cristalización, cristales CuSO4.5H2O Se toma el tiempo cada 15 minutos hasta que se observen los cristales ya citado en el ítem anterior. Una vez formado los cristales se lleva al microscopio para observar la estructura que estos presentan.
OBSERVACIONES:
Después Después de un cierto tiempo tiempo se pudo observar observar la formación formación parcial parcial de los cristales. Al llevar al microscopio se visualiza que la forma del solido cristalino es: PARALELEPIPEDA.
RESULTADOS:
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CONCLUSIONES:
Esta forma de obtener cristales es accesible a todas aquellas personas que tienen el interés de conocer sobre este tema y realizarlo para su mejor entendimiento
RECOMENDACIONES:
Se debe tener cuidado al momento de calentar la solución a través del tubo de ensayo; se debe de dirigir el tubo de manera que no este en la dirección de uno de los integrantes del grupo que lo realizan porque podría producir daños fatales.
2.2 A partir de un proceso de sublimación: MATERIALES:
Para la realización de este experimento se requiere de un pedazo de papel, nuestras de Yodo solido, balón con agua, matraz de Erlenmeyer, mechero de Bunsen, trípode
PROCEDIMIENTO:
Se vierte un poco de Yodo en un papel. Depositar un poco de Yodo en un vaso de precipitado, exponer el vaso de precipitado a calentamiento hasta que el Yodo comience a sublimarse. Posteriormente se coloca un balón con agua para tapar el vaso.
OBSERVACIONES:
Después de verter el Yodo en el papel se observó que el papel comenzó a quemarse. Al momento de la sublimación el Yodo toma un color lila. Al colocar el balón de agua el Yodo gaseoso empezó su sublimación inversa, quedando en las paredes del recipiente como un solido escarchado de color rojizo con características cristalinas, es decir, tenia brillo metálico y eran de pequeñas dimensiones
CONCLUSIONES:
De esta experiencia se puede concluir que es factible la obtención de sólidos mediante una sublimación sublimación y su proceso inverso
RECOMENDACIONES:
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Ejecutar las operaciones ya antes mencionadas con una relativa rapidez ya que el gas que se produce en los procesos anteriores es dañino para la salud de las personas las cuales la están realizando.
Experiencia III.CONFECCION III.CONFECCION DE CELDAS UNITARIAS MATERIALES:
Para la ejecución de esta experiencia se necesita de dos esferas de tecnopor, una de ellas dividida en ocho partes, y una entera. 18 clavos puntiagudos por ambos lados
PROCEDIMIENTO:
Con Con los los mate materi rial ales es disp dispue uest stos os se proc proced eder eráá a arma armarr las las estr estruc uctu tura rass de empaquetamiento cubico simple y cubico de cuerpo centrado.
2.1 Cúbica Cúbi ca simple simp le DATOS:
Longitud de la arista (a) Radio de la partícula (r)
: :
5,0 cm 2,5 cm
CALCULOS Y RESULTADOS: Volumen de la celda unitaria (V): V= a3 = (5,0 cm) 3 = 125 cm 3 Volumen de partícula contenida (BP): BP = Volumen del espacio vacio en la celda (Va): Va = 125 cm 3 – 65,45 cm3 = 59,55 cm 3 Porcentaje de volumen vacio (%Va) %Va = CONCLUSIONES:
Al realizar esta experiencia se puede concluir que en la estructura cubica simple casi el 50 % es volumen vacio.
2.2 Cúbica centrada en el cuerpo: Página 7
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DATOS:
Longitud de la arista (a) Radio de la partícula (r)
Se sabe:
: :
5,77 cm 2,5 cm
a=
CALCULOS Y RESULTADOS: Volumen de la celda unitaria (V): V= a3 = (5,77 cm)3 = 192,10 cm 3 Volumen de total de partículas partículas (BP): BP = Volumen del espacio vacio en la celda (Va): Va = 192,10 cm 3 – 103,9 cm3 = 61,2 cm 3 Porcentaje de volumen vacio (%Va) %Va = CONCLUSIONES:
Al reali realiza zarr esta esta experi experien enci ciaa se puede puede concl concluir uir que en la estru estructu ctura ra cubic cubicaa centrada en el cuerpo tiene menos volumen vacio que en la estructura cubica simple, este volumen es aproximadamente el 30 El volumen vacio de la estructura cubica centrada en el cuerpo es el 66,88 % del volumen de la estructura cubica simple.
Experiencia IV.PROPIEDADES IV.PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS CRISTALINOS: 4.1 Densidad de sólidos (Demostrada en el laboratorio Nº 02) 4.2 Absorción del agua: DELICUESCENCIA MATERIALES: Para la perfecta realización de esta experiencia se requiere unas cuantas perlas de NaOH PROCEDIMIENTO:
Las perlas se NaOH se debe dejar al medio ambiente y se debe de esperar un tiempo prudente para observar los cambios.
OBSERVACIONES: Página 8
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Se observa que al pasar el tiempo las perlas reaccionan con el medio ambiente absorbiendo agua. Al absorber el agua estas estas se derriten derriten y adquieren brillo brillo
IV. Cuestionario Cuestionario 1) Indiq Indique ue tres tres ejempl ejemplos os de sólido sólidoss crista cristalin linos os y tres tres ejempl ejemplos os de sólido sólidoss amorfos ¿Qué diferencia hay entre ellos? Sólidos cristalinos: Sal comun Hielo Diamante, azucar, etc Sólidos amorfos: Vidrio Plàstico Jebe (caucho), resians, brea, barnices , celuloide celuloide , etc Diferencias: Los sólidos amorfos no poseen punto de fusion definido a comparacion de los cristalinos . Sonn isot isotro ropi pico coss es deci decirr , cier cierta tass prop propie ieda dade dess fisi fisica cass (po (po ejem ejempl ploo la So conductividad termica , dureza, resistencia al corte, etc) es igual en cualquier dire direcc ccio ionn en la cual cual son son medi medida das; s; en camb cambio io los los sóli sólido doss cris crista tali lino noss son son anisotropicos. 2) Indi Indiqu quee el tipo tipo de celd celdaa un unit itar aria ia y tres tres prop propie ieda dade dess de las las sigu siguie ient ntes es sustancias : cloruro de sodio, azufre, fosforo, agua, hielo seco, cobre y carbono. Para el carbono, azufre y fosforo indique sus alotropos respectivos Fosforo: Estructura cristalina: cubica Punto de fusion: 44,100 Punto de ebullicion: 280,500 Densidad:1,820 Azufre : Estructrura cristalina: Ortorrombica Punto de fusion : 112.800 Punto de ebullicion: 444,600 Densidad : 2,070
Cobre:
Estructura cristalina: cubica de cara centrada Punto de fusion:1083 Punto de ebullicion:2300 Página 9
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Densidad: 8.960
Carbono: Estructura cristalina: hexagonal Punto de fusion:3500 Punto de ebullicion:4200 Densidad:2,260 Cloruro de sodio: Estructura cristalina:cubica Para que ‘funcione’ cada célula requiere estar rodeada de sal, especialmente del sodio. El sodio regula cantidad de agua de las células del cuerpo, y es fundamental para la transmisión adecuada de los impulsos nerviosos y la contracción muscular. Formas alotropicas: Carbono: Diamante: Los atomos de carbono poseen distreibucion espacial tetraedrica en torno a un atomo de carbono. Es solido cristalino transparente. Es un mal conductor electrico. Es el material mas duro que se conoce Grafito: Los atomos de carbono se ordenan formando hexagonos planares (capas deslizables) Solido negro con brillo metalico Es un buen conductor electrico. Es muy blando y untuoso. A presiones altas se transforma en diamante. Fosforo: Fosforo blanco: Es un solido molecular , sus moleculas son piramidales, es blanco amarillo. Muy reactivo, arde espontaneamente al aire libre. Presion de vapor alta, Tfusion es igual a 44ºC. Produce quemaduras al contacto con la piel. Fosforo rojo: Es solido covalente . Es poco reactivo reactivo , no arde espontaneamente espontaneamente al aire libre . Punto de fusion mas alto y presion de vapor mas baja que el fosforo blanco. Azufre: Rombica : Es el azufre nativo . Es solido amarillo limon , densidad de 2.07g/cc. Temperatura de fusion de 114ºC insoluble en agua . Monoclinica:
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Se obtiene fundiendo el azufre nativoy dejandolo enfriar lentamente, es solido amarillo oscuro. Densidad de 1,97g/ccy temperatura de fusion 119ºCes inestable.
3) Defina las siguientes propiedades de los sólidos : humedad, higroscopia, hidratacion, delicuescencia, delitescencia,absorcion delitescencia,absorcion y adsorcion Humedad: Humedad: El aire contiene una cierta cantidad cantidad de vapor de agua y es a ese vapor y no a las gotitas, a la niebla o a la lluvia, a la que nos referimos cuando hablamos de humedad. Existen diversas maneras de expresar matemáticamente la humedad del aire y estas son: •
•
•
•
La humedad absoluta es el peso en gramos del vapor de agua contenido en un metro cúbico de aire. La relación de mezcla es el número de gramos de vapor de agua por cada gramo de aire seco La humedad específica específica mide el número de gramos de vapor de agua por cada gramo de aire húmedo. Por otra parte el vapor de agua ejerce una presión, independientemente de la presencia de otros gases, que se conoce como presión o tensión de vapor (Peso del vapor de agua contenido en el aire por unidad de superficie). Al igual que la presión atmosférica atmosférica se expresa en Hectopascales. Hectopascales. La presión parcial parcial del vapor de agua cuando el aire está saturado se llama tensión de vapor de saturación (más correctamente llamada de equilibrio) .
Higroscopia: Higroscopia: Palabra que deriva del griego ύγρος hygros 'húmedo, mojado' y σκοπειν skopein 'observar, mirar' es la capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder humedad al medioambiente. También es sinónimo de higrometría, siendo esta el estudio de la humedad humedad,, sus causas y variaciones variaciones (en particular particular de la humedad atmosférica). Son higroscópicos todos los compuestos que atraen agua en forma de vapor o de líquido de su ambiente, por eso a menudo son utilizados como desecantes desecantes.. Algunos de los compuestos higroscópicos reaccionan químicamente con el agua como los hidruros o los metales alcalin alcalinos os.. Otros lo atrapan como agua de hidratación en su estruc estructur turaa crista cristali lina na como como es el caso caso del sulf sulfato ato sódi sódico co.. El agua agua tambi también én puede puede adsorberse físicamente. En estos dos últimos casos, la retención es reversible y el agua puede ser desorbida. En el primer caso, al haber reaccionado, no se puede recuperar de forma simple. Algunos ejemplos de los compuestos higroscópicos más conocidos son: • • •
Cloruro cálcico (CaCl2) Hidróxido de Sodio (NaOH) Ácido sulfúrico (H2SO4)
Delicuescencia: es la propiedad que presenta algunas sales y óxidos, principalmente, principalmente, de absorber moléculas de vapor de agua del aire húmedo para formar hidratos. Este Página 11
Laboratorio Nº 7 fenómeno ocurre si la presión parcial de vapor de agua en el aire es mayor a la presión de vapor del sistema hidrato a la temperatura dada.
El cloruro de de calcio es uno de los mas conocidos delicuescentes.
Absorción: es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o mas componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma solución (un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida). Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un lí líqu quid idoo C, tamb tambié iénn en repo reposo so.. Al proc proces esoo inve invers rsoo de la abso absorc rció iónn se le ll llam amaa empobrecimiento o desorción; cuando el gas es aire puro y el líquido es agua pura, el proceso se llama deshumidificación, deshumidificación, la deshumidificación deshumidificación significa extracción de vapor de agua del aire. Adsorción: Es un proceso por el cual átomos, átomos , iones o moléculas son atrapadas o retenidas en la superficie de un material, en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen. En química, química , la adsor adsorci ción ón de una susta sustanci nciaa es su acumu acumula lació ciónn en una deter determi minad nadaa superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido. Delitescencia: Delitescencia: Pérdida o eliminación en partículas pequeñas del agua que contiene un cuerpo, al cristalizarse éste . 4) Real Realiz izar ar un brev brevee resu resume menn de la lect lectur uraa “S “Sup uper erco cond nduc ucto tore ress de alta alta temperatura” Siem Siempr pree se ah quer querid idoo logr lograr ar la mayo mayorr efec efecti tivi vida dadd posi posibl blee y en el caso caso de la conductividad conductividad electrica no es la excepcion , si bine se utiliza metales como el el Cu y Al estos pirden un 20%de energia(resistencia energia(resistencia electrica).En electrica).En estas ultimas decadas se ha visto que los metales pierden su resistencia al ser enfriados (4K),sin embargo el costo para esto seria elevado. Diversas investigaciones investigaciones han logrado conseguir superconductores a 95K notando que al poner un iman este levita. Este importante descubrimiento aportara en la construccion de las las superc supercomp omput utado adoras ras , acel acelera erador dor de parti particul culas as mas podero poderosas sas,, resona resonanci nciaa magnetica, etc. BIBLIOGRAFÍA 1. Petrucci, Harwood; Química General; Editorial Prentice Hall 8ª edición, ISBN 84-205-3533-8 2. Whitten, Gurley, Davis; Químicas General; Página 12
Laboratorio Nº 7 Editorial Mc Graw Hill 8ª edición 3. Brown, Brown, H.E. Le Le May Jr Química, la ciencia central Editorial Prentice Hall 8ª edición
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