informe nº 04 - configuracion electronica el espect. de los elementos

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO - PUNO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

INFORME N° 04 - CONFIGURACION ELECTRONICA Y ESPECTROS DE LOS ELEMENTOS

ASIGNATURA: LABORATORIO DE QUIMICA APLICADA

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PRACTICA DE LABORATORIO Nº 06

CONFIGURACION ELECTRONICA Y ESPECTROS DE LOS ELEMENTOS

I. OBJETIVOS:

Explicar cualitativamente las características del espectro de emisión que se produce cuando algunas

sustancias son expuestas a la llama del mechero Bunsen y el estudio de esta característica relacionando

con la configuración.

Establecer los efectos producidos por la influencia del calor.

Introducir el análisis espectral cualitativo.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Los espectros de los elementos, son formas de energía que el elemento absoluto absorbe o emite cuando se

produce saltos de electrones entre niveles de energía, constituye las huellas digitales de los elementos, de tal

forma que cada elemento posee una serie única de longitudes de onda de absorción y emisión. Mientras que

el espectro de energía radiante se obtiene por el análisis al espectroscopio de la luz u otra fuente de energía

radiante, los espectros de emisión de los elementos, se pueden obtener al excitar un átomo (pasar el átomo

desde su configuración al estado basal a una configuración momentánea, saltando alguno de sus electrones

a niveles más extremos ), por medio de la llama o un arco eléctrico, así cuando se calientan sales como

NaCl, estas sustancia se vaporizan, convirtiéndose al mismo tiempo los iones en átomos que además están

excitados:

Energía térmica + Naᶧ Clˉ (solido) → Na (vapor) Cl →Naᶧ (vapor) + Clᶧ

Dónde:

ᶧ: estado excitado.

El análisis espectral cualitativo está basado en el hecho de que los átomos, al ser excitados, emiten una luz

característica y al ser analizado en un aparato llamado espectroscopio, revela estar constituida por una serie

de líneas características bien determinadas de longitud de onda constante.

La explicación del origen de estas líneas características es la siguiente. Al excitar, suministrando energía a

un átomo, se puede “elevar” a orbitas más alejadas del núcleo, a niveles energéticos más altos; electrones

que normalmente se encuentran en orbitas cercanas a él y más bajos de energía. El estado de excitación de

un átomo es fugas y los otros electrones así desplazados vuelven nuevamente a sus orbitas normales,

energéticamente más- bajas a la vez que desprenden en forma de ondas luminosas monocraticas la energía

absorbida. La frecuencia (v) o la longitud de onda (⍺) de la luz emitida está dada:





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𝜺𝟏 − 𝜺𝟐 =𝒉𝒄

⍺

Dónde:

H =constante de Planck =6,6256*10 ^ (-34)

C = velocidad de la luz en el vacío = 2,9979*10 ^8

⍺ = longitud de onda de la luz emitida

Además: ⍙E = hv

V = frecuencia

De esto se deduce que cada transición de un nivel de energía a otro corresponde a una longitud de onda

definida, determinando diversidad de espectros de los átomos según la energía de excitación aplicada, tales

como la llama, el arco eléctrico o chipa eléctrica.

Color Violeta Azul Verde Amarillo Naranja Rojo

⍺ (nm)

395 455 490 515 590 650

455 490 515 590 650 750

Los espectros de muchos átomos en el análisis cualitativo corriente se descubren con el espectroscopio

ordinario y la llama del mechero Bunsen; los espectros obtenidos son muy simples y fáciles de distinguir.

Para un cierto proceso de excitación, una molécula absorbe una pequeña cantidad de energía, es decir

absorbe radiación de una sola frecuencia.

Si este fuera el caso de todas las moléculas de una sustancia, se absorbería una serie de líneas de

absorción, sin embargo, en un grupo de moléculas existen en varios estados vibraciones y rotacionales y

cada estado difiere del otro en una cantidad de energía relativamente pequeña. Así un gripo de moléculas

absorbe energía en una región restringida y da origen a una banda de absorción o pico.

Elemento Color de llama Elemento Color de llama

Li

Na

k

Rb

Cs

Rojo carmín Ca

Sr

Ba

Cu

Rojo naranja

Amarillo Escarlata

Lila Verde limón

Rojo azulado Verde esmeralda

azul





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III. PARTE EXPERIMENTAL:

MATERIALES

Luna de reloj

Mechero Bunsen

Alambre de platino y nicrom

Vaso precipitado

REACTIVOS

HCl

NaCl

KCl

LiCl

MgCl2

BaCl2

CaCl2

SrCl2

CoCl2.6H2O

NiCl2.6H2O

CuO

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

1. Primeramente se prepara la muestra, en una luna de reloj, siempre manteniendo el orden.

2. Encienda el mechero Bunsen, regule una llama no luminosa.

3. Coloque el extremo enrollado de unos de los alambres de nicrom en la parte más caliente (zona de

mayor temperatura o cono externo) de la llama. Observe el color amarillo que se produce, será

necesario eliminarlo, para lo cual introducir en HCl y llevar a la llama observando la coloración.

4. Estando al rojo el alambre inmediatamente, tomar una pequeña cantidad de sustancia sólida.

Introducir en la zona de temperatura baja de la llama y observar la coloración.

5. Pasado cierto tiempo pasar a la zona de temperatura más alta de la llama y observar a la coloración.

6. Repetir el experimento con las otras muestras.

7. Realizar los esquemas de procedimiento por cada muestra observando: primero el color de la

muestra, el color o la llama de temperatura baja y temperatura alta.

8. Elaborar un cuadro de resultados.





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V. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Tabla de combustión y estudio de la llama

Tipo de combustión Reacción química Tipo de llama Características

Completa CuO + H2O Verde No conduce electricidad

Completa NaCl + H2O Amarillo Buen conductor de corriente eléctrica

Tabla de ensayos de la llama

Muestra Color de llama Elemento

posible

Longitud de

onda (nm)

Energía

(joule)

Frecuencia

(Hz)

HCl Azul verde H 507nm 3.971e-26 5.917*1014

BaCl2 Azul verde Ba 505nm 3.987e-26 5.940*1014

SrCl2 Rojo Sr 735nm 2.739e-26 4.081*1014

MgCl2 Naranja Mg 665nm 3.0324e-26 4.5112*1014

VI. CUESTIONARIO

1. ¿Qué es el color?

es una percepción visual que se genera en el cerebro de los humanos y otros animales al interpretar

las señales nerviosas que le envían los foto-receptores en la retina del ojo, que a su vez interpretan y

distinguen las distintas longitudes de onda que captan de la parte visible del espectro

electromagnético (la luz).

Todo cuerpo iluminado absorbe una parte de las ondas electromagnéticas y refleja las restantes. Las

ondas reflejadas son captadas por el ojo e interpretadas en el cerebro como distintos colores según

las longitudes de ondas correspondientes.

El ojo humano sólo percibe las longitudes de onda cuando la iluminación es abundante. Con poca luz

se ve en blanco y negro. En la denominada síntesis aditiva (comúnmente llamada "superposición de

colores luz") el color blanco resulta de la superposición de todos los colores, mientras que el negro es

la ausencia de color. En la síntesis sustractiva (mezcla de pinturas, tintes, tintas y colorantes naturales

para crear colores) el blanco solo se da bajo la ausencia de pigmentos y utilizando un soporte de ese

color mientras que el negro es resultado de la superposición de los colores cian, magenta y amarillo.

2. ¿Por qué los metales alcalinos y alcalinos térreos presentan bandas de emisión?

En Espectroscopia de Emisión Atómica la cantidad física que es usada para caracterizar y medir la

concentración que será determinada, se refiere como intensidad

Los métodos espectroscópicos atómicos se basan en la interacción entra la radiación

electromagnética y la materia (fenómenos de absorción, emisión y fluorescencia por





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parte de átomos o iones). La espectroscopia de emisión atómica (E.E.A.), es un método instrumental

de análisis químico, que se fundamenta en el estudio de la radiación emitida por átomos en todas las

regiones del espectro. Cuando estos absorben energía, se excitan y en dicho estado permanecen un

tiempo muy corto (del orden de 10-6 s.), luego el átomo o molécula vuelve a su estado fundamental o

no excitado emitiendo el sobrante de energía en forma de luz o cuantos luminosos (Pombo, 1984;

Ewing, 1990). Esto ocurre cuando una muestra es sometida a una descarga eléctrica suministrada por

una fuente de excitación. Según lo expresado por Catasús (Catasús, 1985) y Burriel (Burriel, 2003) el

proceso descrito puede expresarse de acuerdo a la condición de frecuencia de Bohr (postulado

propuesto por este científico, como parte de su teoría sobre el átomo en 1913). Si E1 y E2 son los

estados inicial y final respectivamente, la energía emitida se expresará como:

𝑬𝟏 − 𝑬𝟐 = 𝒉 ∗ 𝜸𝟏𝟐

Donde

h: constante de Planck

𝜸𝟏𝟐: Frecuencia de la radiación emitida

3. ¿Qué se entiende por fotón y cuánto?

Es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno

electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética,

incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético),

la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio. El fotón tiene una masa invariante cero, y viaja

en el vacío con una velocidad constante. Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades

corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo"). Se comporta como una onda en

fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la cancelación por interferencia

destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interactúa con

la materia para transferir una cantidad fija de energía, que viene dada por la expresión.

𝑬 =𝒉 ∗ 𝒄

𝝀= 𝒉 ∗ 𝒗

Donde

h: Es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz.

𝝀 : Es la longitud de onda.

𝒗 : La frecuencia de la onda.

Esto difiere de lo que ocurre con las ondas clásicas, que pueden ganar o perder cantidades arbitrarias

de energía. Para la luz visible, la energía portada por un fotón es de alrededor de 4×10–

19 julios.





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4. ¿Qué es la fluorescencia y la fosforescencia?

La fluorescencia.

Es un tipo particular de luminiscencia, que caracteriza a las sustancias que son capaces de

absorber energía en forma de radiaciones electromagnéticas y luego emitir parte de esa energía

en forma de radiación electromagnética de longitud de onda diferente.

La energía total emitida en forma de luz es siempre menor a la energía total absorbida y la

diferencia entre ambas es disipada en forma de calor. En la mayoría de los casos la longitud de

onda emitida es mayor -y por lo tanto de menor energía- que la absorbida, sin embargo, si la

radiación de excitación es intensa, es posible para un electrón absorber dos fotones; en esta

absorción bifotónica, la longitud de onda emitida es más corta que la absorbida, sin embargo en

ambos casos la energía total emitida es menor que la energía total absorbida.

La fosforescencia

Es el fenómeno en el cual ciertas sustancias tienen la propiedad de absorber energía y

almacenarla, para emitirla posteriormente en forma de radiación. A aquellos elementos que

ofrecen fosforescencia se les conoce como foto-reactivos, es decir que requieren luz para obtener

la propiedad, es un elemento de la foto-sensibilidad que por medio de la radiación adquieren la

energía necesaria para almacenarla y exponerla posteriormente.

El mecanismo físico que rige este comportamiento es el mismo que para la fluorescencia, no

obstante la principal diferencia con ésta es que hay un retraso temporal entre la absorción y la

reemisión de los fotones de energía. En la fosforescencia, las sustancias continúan emitiendo luz

durante un tiempo mucho más prolongado, aun después del corte del estímulo que la provoca, ya

que la energía absorbida se libera lenta (incluso muchas horas después) y continuamente.

5. Según la teoría moderna. ¿cómo se originan las líneas espectrales?

Una línea espectral es una línea oscura o brillante en un espectro uniforme y continuo, resultado de

un exceso o una carencia de fotones en un estrecho rango de frecuencias, comparado con las

frecuencias cercanas. Cuando existe un exceso de fotones se habla de una línea de emisión. En el

caso de existir una carencia de fotones, se habla de una línea de absorción. El estudio de las líneas

espectrales permite realizar un análisis químico de cuerpos lejanos, siendo la espectroscopia uno de

los métodos fundamentales usados en la astrofísica, aunque es utilizada también en el estudio de la

Tierra.

6. Diferencie entre los espectros de emisión y espectros de absorción

ESPECTROS DE EMISIÓN: Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones emitidas

por un cuerpo previamente excitado.

Se dividen en Continuos y Discontinuos:





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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.

ESPECTROS DE ABSORCIÓN: Son los espectros resultantes de intercalar una determinada

sustancia entre una fuente de luz y un prisma

También se dividen en continuos y discontinuos:

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.

7. Dibujar las partes del mechero Bunsen.

8. Si la línea espectral del hidrogeno tiene una longitud de onda de 410nm. Cuál es su energía en

Kcal/mol.

Solución:

𝑬 =𝒉𝒄

𝝀= 𝒉𝒗

Remplazando.

𝑬 =𝟔, 𝟔𝟐𝟔𝟎. 𝟏𝟎−𝟑𝟒𝒋. 𝒔. 𝟑. 𝟏𝟎𝟖𝒎/𝒔

𝟒𝟏. 𝟏𝟎−𝟖𝒎= ℎ𝑣

http://3.bp.blogspot.com/_IVijlECpkAk/SKaA_Dz61aI/AAAAAAAAARU/pTZF6vtV7iA/s1600-h/eb-pra5.jpg





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𝑬 =𝟔, 𝟔𝟐𝟔𝟎. 𝟏𝟎−𝟑𝟒. 𝟑. 𝟏𝟎𝟖

𝟒𝟏. 𝟏𝟎−𝟖𝒋

𝑬 = 𝟒, 𝟖𝟒. 𝟏𝟎−𝟑𝟓𝐣. 𝟎,𝟐𝟒𝐜𝐚𝐥

𝐣= 𝟏, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑𝟓𝐜𝐚𝐥 = 𝟏, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑𝟖

𝐊𝐜𝐚𝐥

𝐦𝐨𝐥

Rpta: = 𝟏, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑𝟖 𝐊𝐜𝐚𝐥

𝐦𝐨𝐥

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

UNAM: Varios Autores. 1994. Química General: Laboratorio y Taller. UNAM-SITESA. México.

Frías, O. M.C. y Colab. 1990. Manual de Química Experimental I y II. UJAT. México.

CHANG, Raymond: (2002) “Química Experimental”. 3ra Edición. Editorial San Marcos. Lima - Perú.

R. Chang. "Química". 1999. McGraw-Hill, México.

Química. Problemas y ejercicios de aplicación para Química. Autor: Coba, Yael Editorial: Eudeba

Edición: 1º-2010 ISBN : 978-950-23-1702-1 página 27.

Rodríguez, Santos, E. 1980. Técnica Química de Laboratorio. 4º edición. Gustavo Gilli. Madrid

Bermejo Barrera. M del Pilar. Química analítica general, cuantitativa e instrumental.

Álvarez Jiménez, M. D. y Gómez del Río, M. I. Guía Didáctica Química Analítica II. UNED. 1999.

Bermejo Barrera. M del Pilar. Química analítica general, cuantitativa e instrumental. Editorial

Paraninfo. 7ma Edición. ISBN: 8428318093. 1990.

Burriel, M.F., Lucena, C.F. Química Analítica Cuantitativa. Edición Revolucionaria. La Habana.1978.

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