propiedades periodicas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL_______________________________________

PROPIEDADES PERIODICAS

OBJETIVOS

Tener noción de algunos elementos químicos de la TABLA PERIODICA. Conocer algunas propiedades periódicas y cómo se comportan (generalmente)

dentro de la tabla periódica. Saber sobre los elementos del grupo 7A de la tabla periódica, halógenos. Saber sobre algunas reacciones químicas, sus resultados; además conocer el

concepto de solubilidad. Saber conceptos y características de ácido, base y carácter anfótero.

FUNDAMENTO TEORICO

Propiedades Periódicas : Son propiedades que presentan los elementos químicos y que se repiten secuencialmente en la tabla periódica. Por la colocación en la misma de un elemento, podemos deducir qué valores presentan dichas propiedades así como su comportamiento químico. Algunos de estas propiedades son :

Radio atómico Volumen atómico Energía de ionización Afinidad electrónica Electronegatividad Carácter metálico y carácter no metálico

Solución acuosa : Una solución acuosa ocurre cuando un soluto (sustancia en menor proporción) se disuelve en el solvente agua. Para que sea una solución, la separación entre las sustancias debe ser atómica, molecular o iónica, dependiendo que es lo que se va a disolver en el agua.

Solubilidad : Es una medida de la capacidad de disolverse una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente). En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble.

LABORATORIO N°4 QUIMICA I Página 1


Ácidos y Bases Acido : Son sustancias que se caracterizan por tener un sabor agrio,

neutralizan a las bases, reaccionan con carbonatos y bicarbonatos, reaccionan con metales activos como el Fe, decoloran la fenolftaleína, disueltas en agua dan un pH menor de 7. Según Arrhenius, es una sustancia que en solución acuosa produce iones H+. Según Bronsted y Lowry, es una sustancia capaz de donar un protón. Según Lewis, es una sustancia que es receptora de pares de electrones.

Base : Son sustancias que se caracterizan por tener un sabor amargo, enrojecen a la fenolftaleína, se neutralizan con los ácidos, tienen un tacto untuoso y resbaladizo a la piel, son corrosivos para la piel, lo ponen de color azul al papel de tornasol, disueltas en agua dan un pH mayor a 7. Según Arrhenius, es una sustancia que en solución acuosa producen iones (OH)-. Según Bronsted y Lowry, es una sustancia capaz de aceptar un protón. Según Lewis, es una sustancia que es donadora de pares de electrones.

Halógenos : Los elementos halógenos son aquellos que ocupan el grupo 17 del Sistema Periódico. Los halógenos F, Cl, Br, I y At, son elementos volátiles, diatómicos y cuyo color se intensifica al aumentar el número atómico. Todos los átomos poseen una configuración que difiere de la de gas noble en un electrón, de forma que los elementos tienden a formar especies negativas, X¯, o a formar enlaces covalentes simples. La química de estos elementos y sus compuestos cambian con el tamaño de los mismos.



Como es esperable, los puntos de fusión y ebullición aumentan al descender en el grupo. Las energías de ionización de los halógenos presentan valores muy altos que van disminuyendo al aumentar el número atómico. Las afinidades electrónicas son elevadas como consecuencia de la tendencia a ganar un electrón y conseguir así la configuración de gas noble.

PARTE EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO N°1: CONFIGURACION ELECTRONICA

Objetivo

Realizar de manera correcta la configuración electrónica de un elemento y su respectivo catión.

Saber si la solución acuosa que contiene a este ion es coloreado o no coloreado, lo cual llegaremos a saber realizando su configuración electrónica .(Explicado por el profesor)

Reconocer el compuesto que se formará, reaccionando estas soluciones acuosas con otras soluciones acuosas, saber su color y si forma algún precipitado o no.

Soluciones acuosas a usar y a determinar la configuración electrónica de su catión:

Fe(NO3)3 : nitrato de hierro III Ni(NO3)2 : nitrato de níquel II Cu(NO3)2 : nitrato de cobre II AgNO3 : nitrato de plata Zn(NO3)2 : nitrato de zinc

Configuración electrónica:

26Fe3+ : [Ar]3d5

28Ni2+ : [Ar]3d8

29Cu2+ : [Ar]3d9

47Ag+ : [Kr]4d10

30Zn2+ : [Ar]3d10

Observaciones

Podemos observar (por teoría) que los cationes Fe3+, Ni2+ y Cu2+ presentan orbitales “d” semillenos, por lo tanto serán coloreados, además de presentar paramagnetismo.

Podemos observar (por teoría) que los cationes Ag+ y Zn2+ presentan orbitales “d” llenos, por lo tanto serán incoloros además de presentar diamagnetismo.



Para observar si es así, daremos paso a ver los frascos que contienen las soluciones acuosas correspondientes a los cationes y verteremos gotas en un tubo de ensayo para saber si son o no coloreados.

Fe(NO3)3 0,05M Ni(NO3)2 0,05M Cu(NO3)2 0,05M

AgNO3 0,05M Zn(NO3)2 0,05M

Ecuaciones Químicas

Fe (NO3)2 (ac) + 3KSCN (ac) Fe(SCN)3 (ac) + 3K(NO3) (ac)

Ni(NO3)2 + 2H(C4H2O2N2) Ni(C4H2O2N2) + 2HNO3

Cu(NO3)2 (ac) + 2NH4OH (ac) Cu(OH)2 + 2NH4(NO3) (ac)

AgNO3 (ac) + HCl (ac) AgCl(s) + HNO3 (ac)



2Zn(NO3) (ac) + K4Fe(CN)6(ac) Zn2Fe(CN)6 (s) + 2K2(NO3) (ac)

Tablas

Especie Configuración Electrónica Simplificada

Color de la solución 0,05M

Al adicionar el reactivo

ObservacionesHay precipitado

Color

Fe3+ (Z=26) [Ar]3d5 Amarillo claro

KSCN 1M NO Rojo sangre

Ni2+ (Z=28) [Ar]3d8 Verde muy claro

DMG SI Rosado

Cu2+ (Z=29) [Ar]3d9 Celeste verdoso

NH3(ac) 6M NO Azul

Ag+ (Z=47) [Ar]4d10 Incoloro HCl 6M SI BlancoZn2+ (Z=30) [Ar]3d10 Incoloro K4Fe(CN)6

0,1MSI Amarillo

verdosoConclusiones

Se deduce que para saber si una solución acuosa que contenga un catión es coloreado o no, tendremos que realizar la configuración electrónica de dicho catión.

Hay algunas soluciones acuosas que son muy sensibles al adicionar ciertos reactivos, como en el caso del Fe(NO3)3 y KSCN.

Recomendaciones

Tener los tubos de ensayo bien limpios, para evitar alguna impureza si se encontrase sucia.

Recomendamos que al destapar algún frasco y usarlo, al instante taparlo nuevamente, para evitar equivocaciones al momento de colocar las tapas en sus respectivos frascos.

Debemos hacer “golpecitos” con la mano al tubo de ensayo para que se realice bien la reacción química.



Se recomienda esperar un tiempo estimado para observar con mayor exactitud si es que hay formación de precipitados o no en la reacción.

EXPERIMENTO N°2: ALGUNAS CARACTERISTICAS DE HALOGENOS

Objetivos

Conocer algunas de las características del Cl2,,Br2 y I2. Observar qué sucede al adicionar gotas de CCl4. Observar si es que ocurre alguna reacción, observar la reactividad de los

halógenos.

Observaciones

Yodo: El elemento químico Yodo, de símbolo I, es un elemento químicamente reactivo que, a temperatura ordinaria, es un sólido negro-violáceo. La masa atómica del yodo es 126,905. A diferencia de los halógenos más ligeros, el yodo es un sólido cristalino a temperatura ambiente. El elemento, en forma pura, es venenoso. El yodo, como todos los halógenos, es químicamente activo. En estado gaseoso es de color violeta.

Bromo: El Bromo, de símbolo Br, es un elemento venenoso que a temperatura

ambiente presenta un color rojo oscuro. Su número atómico es 35. Es ligeramente soluble en agua, 100 partes de agua disuelven en frío unas 4 partes de bromo y, en caliente, unas 3 partes. Reacciona químicamente con muchos compuestos y elementos metálicos, y es ligeramente menos activo que el cloro. El bromo no se encuentra en la naturaleza en estado puro, sino en forma de compuestos.



Cloro: El Cloro, de símbolo Cl, es un elemento gaseoso amarillo verdoso.El cloro tiene un punto de fusión de -101 ºC, un punto de ebullición de -34,05 ºC a una atmósfera de presión, y una densidad relativa de 1,41 a -35 ºC; la masa atómica del elemento es 35,453. Es un elemento activo, que reacciona con agua, con compuestos orgánicos y con varios metales. Las disoluciones de cloro en agua son comunes en los hogares como agentes blanqueadores.

Cálculos y resultados

SustanciaEstado fisico

Color de la sustancia pura

Color en solucion acuosa

Color en CCl4

Bromo, Br2 liquido Rojo intenso Pardo rojizoRojo anaranjado con amarillo muy

claro

Yodo, I2 solido Negro violáceo Violeta (lila)Rojo amarillo con

lila

Conclusiones

De estos experimentos podemos decir que: Reactividad Reactividad Reactividad del > del > del cloro bromo yodo

Recomendaciones

Estar algo alejados o usar mascarillas que recubran nuestra nariz, ya que algunos halógenos son venenosos como el yodo.

Manejar cuidadosamente estos halógenos, preferiblemente que nos dé una explicación el profesor de laboratorio.

EXPERIMENTO N°3: ACIDEZ Y BASICIDAD

Objetivos



Saber algunos conceptos de ácidos y bases Reconocer qué sustancias son ácidos y bases Saber usar adecuadamente el papel indicador universal Reconocer el color que toma este papel indicador al adicionar gotas de algunos

compuestos hidroxilados, comparándolos con el patrón de colores de pH.

Observaciones

Tenemos que destapar los frascos con las siguientes soluciones acuosas 0,05 M:NaOH, Mg(OH)2, Al(OH)3, H3PO4, H2SO4, HClO4

Tenemos trocitos de papel indicador universal, procuraremos a echarles gotas de estas soluciones.

Comparar los colores que se obtienen con el patrón de colores de pH. Se observa que son varios colores diferentes y ahora por comparación, sabemos

si son ácidos o bases

Tablas y figuras

pHmedido

Soluciones acuosas 0,05M

NaOH Mg(OH)2 Al(OH)3 H3PO4 H2SO4 HClO4

11 9-10 9 5-6 2-3 5

azul Azul verdoso

Verde muy

oscuro

Amarillo anaranjado

anaranjado Amarillo mostaza

Conclusiones

Gracias al papel indicador y comparando con el patrón de color de pH podremos siempre saber si la sustancia se trata de acido o base.



La luna de reloj nos permite que los papelitos estén quietos y no se lleguen a resbalar además de las gotas suministradas.

pH>7 : base ; pH<7 : acido El NaOH es el más básico de todos.

Recomendaciones

Tener la luna de reloj limpia Al tener las gotas extraídas en el gotero, juntarlo bien cerca y presionar un

poco al papel indicador. Tener algo separados los papeles sobre la luna, para evitar que alguna gota de

una sustancia se mezcle con otra gota de otra sustancia.

EXPERIMENTO N°4: CARÁCTER ANFOTERO DEL Al(OH)3

Objetivos

Identificar si una sustancia actúa como acido o como base (anfótero). Identificar si el aluminio es un metaloide. Saber que ocurre añadiendo gotas de NaOH 10% y HCl

Observaciones

Anfótero: Es la molécula que contiene un radical base y otro acido, pudiendo así actuar bien como acido, o bien como base, según el medio en que se encuentre, como sucede con los aminoácidos. Las sustancias clasificadas como anfóteras tiene la particularidad de que la carga eléctrica de la parte hidrofilica cambia en función del pH del medio.

Se observa que al añadir NH3 al AlCl3 se produce un precipitado.

Ecuaciones químicas

Para la reacción del AlCl3 con el NH3 (ac) 1:2 :

AlCl3 + 3NH4(OH) (ac) Al(OH)3 (s) + 3NH4Cl

Para la reacción del tubo de ensayo “A” con HCl 1:2

3HCl (ac) + Al(OH)3 (s) AlCl3 (s) + 3H2O

Para la reacción del tubo de ensayo “B” con NaOH al 10%

Na(OH) (ac) + Al(OH)3 (s) Al (OH)-4 + Na+

Conclusiones



Al agregar al AlCl3 0,1M unas 20 gotas de NH3 1:2 se observa la aparición de un precipitado de color blanco lechoso gelatinoso.

En el tubo A se le agrega 30-32 gotas de HCl 1:2 y se consigue la desaparición del precipitado. Se concluye que el AlCl3 actúa como base.

En el tubo B se le agrega 40 gotas de NaOH 10% y se consigue la desaparición del precipitado. Se concluye que el AlCl3 actúa como ácido.

Recomendaciones

Tener los tubos de ensayo limpios. Añadir varias gotas para conseguir la total desaparición del precipitado, para

lo cual se necesita de bastante paciencia ya que a las 1era gotas no desaparece totalmente.

EXPERIMENTO N°5: SOLUBILIDAD DE SALES EN MEDIO ACUOSO

Objetivo

Medir la solubilidad de algunas sales. Saber la conductividad y las resistencias de dichas sales. Identificar como varia la solubilidad en un grupo mediante una solución patrón.

Observaciones

Se puede observar que se tiene las sales en medio acuoso. Haremos como solución patrón al KCl 0,1N Se necesitara un medidor de resistencias y un recipiente en forma de U, además

de electrodos de grafito.



Tablas y resultados:

Temperatura de la solución patrón KCl 0,1N : 20°C

Lectura de R en

Ω

KCl

0,1N

MgSO4

0,1M

CaSO4

saturado

SrSO4

saturado

BaSO4

saturado

3,0 K Ω 5,0 K Ω 17,0 K Ω 140,0 K Ω 500,0 K Ω

Hallando la constante para el KCl:

K=( 1R

)θ……( I )

K: conductividad



R: resistencia en ohmiosΘ: cte.

K25°C - K18°C25°C - 18°C

= Δk25°C - 20°C

0,01286 - 0,011177

= Δk5

Δk = 1,207x10-3

Δk=K25°C – K20°C

1,207x10-3 = 12,86x10-3 – KK20°C = 11,653x10-3(ohm.cm)-1

En (I) : θ= KR = (11,653x10-3ohm-1.cm-1)(3000 ohm)θ = 34, 96 cm-1

De la misma manera para las demás sales acuosas:

Sales Acuosas θ/R Conductividad (K) (ohm.cm)-1

MgSO4 34,96 / 5000 6,992x10-3

CaSO4 34,96 / 17000 2,056x10—3

SrSO4 34,96 / 140000 0,25x10-3

BaSO4 34,96 / 500000 0,07x10-3

Conclusiones

Si la sustancia tiene menor resistencia, entonces será mejor conductor. Si la sustancia presenta mayor conductividad, entonces su solubilidad será

mayor, es mejor soluble. En el grupo alcalino terreo, la conductividad decrece de arriba hacia abajo,

entonces se concluye que el Mg es más soluble que los demás de su grupo.

CUESTIONARIO

1. Hacer un resumen del descubrimiento de los elementos 114Fi y 116Lv ya aprobados por la IUPAC.



La Tabla periódica de elementos ya reconocio a los elementos atómicos 114 y 116, de tal manera que estos elementos ahora ocupan el período 7.El presidente de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), el profesor Nicole J.Moeau anunció los nombres propuestos para los elementos en la ceremonia de clausura del Año Internacional de la Química en Bruselas.El profesor Yuri Oganessian propuso al elemento 114Fi el nombre de “Flevorium”(antes llamado ununquadio), y al 116Lv le dio el nombre de “Livermorium”(antes llamado ununhexium).El Flevorium, elemento 114, fue logrado en 1998 al bombardear el núcleo de plutonio con 94 protones, con núcleo de calcio de 20 protones. El Livermorium, elemento 116, se detectó a mediados del 2000 luego de bombardear el núcleo de curio, de 96 protones, con el núcleo de calcio. A pesar de haber sido sintetizados en laboratorios, sus propiedades se desconocen en parte porque apenas duran una fracción de segundo antes de desaparecer.Con esta incorporación de estos elementos a la tabla, se habla de un debate de la física nuclear sobre si existe o no “la isla de estabilidad “que trata sobre un posible grupo de elementos químicos cuyos protones y neutrones son especialmente estables, tanto que se puede prolongar su vida como ningún otro elemento transuránico de la tabla periódica.

2. Hacer un resumen de la teoría del campo cristalinoLa aplicación cualitativa de esta teoría nos permite entender razonablemente bien alguna de las propiedades fundamentales de los compuestos de coordinación de una forma muy simple.La teoría del campo cristalino, originalmente desarrollada por van Bleck para sólidos, aplicada a la química de coordinación establece que en el elemento central, obviamente un metal, los electrones de valencia están en orbitales "d" si el metal está aislado (sin ninguna especie que le rodee) los 5 orbitales "d" estarán degenerados, es decir, tendrán la misma energía. Cuando los ligantes se acercan ejercerán una interacción con los orbitales de valencia debido al campo eléctrico del ligante (los ligantes son bases de Lewis que donan pares de electrones), esta interacción provocará que se rompa la degeneración en los orbitales. El desdoblamiento orbital dependerá de la geometría que adopten los ligantes alrededor del metal.

Aspectos importantes: Orbitales d, combinación lineal de seis funciones matemáticas Modelo muy sencillo desarrollado por físicos (Bethe y Van Vlecke). Interacciones electrostáticas:



Ion aislado los orbitales son degenerados Simetría octaédrica: Suben en energía los orbitales t2g y bajan los eg Se mantiene un baricentro


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