Trabajo Práctico Nº 1: Modelos Extremos de Sustancia de Fiq-unl

QUIMICA GENERAL (IQ-IA-II-AI16) - QUIMICA I (IM-LM)

TRABAJO PRÁCTICO Nº 1

MODELOS EXTREMOS DE SUSTANCIA

PARA TODOS LOS TRABAJOS PRÁCTICOS

Conocimientos previos para Trabajos Prácticos

Para la realización de los Trabajos Prácticos los alumnos deberán concurrir al laboratorio con los siguientes conocimientos previos:

• Conceptos de Teoría relacionados con el Trabajo Práctico a realizar
• Conceptos vistos en clases anteriores.
• Contenido de la Guía de TP.
• Contenido del Reglamento de Higiene y Seguridad de la Facultad de Ingeniería Química.

Consideraciones previas al ingreso al laboratorio

Los alumnos sólo podrán ingresar al laboratorio si disponen de los elementos de protección personal mínimos (guardapolvo, guantes, gafas) y un medio de limpieza (Ej: trapo rejilla, rollo de papel de cocina).

Consideraciones previas al comienzo del TP

El docente instruira a los alumnos respecto a identificar las zonas del laboratorio en las que se encuentran las salidas, la ducha, el lavaojos, el botiquín, el o los extintores, el disyuntor, la llave general de gas, las llaves de iluminación, el recipiente para deposición de residuos sólidos.

OBJETIVOS DEL TRABAJO PRACTICO

• Familiarización con sustancias que responden a alguno de los cuatro modelos o tipos extremos de sustancia
• Asignación de modelo de acuerdo a la fórmula química, considerando los tipos de elementos químicos presentes en la misma.
• Asignación de modelo de acuerdo a propiedades observadas de la sustancia.

Condiciones de seguridad

Se ajustarán al Reglamento de Laboratorios de la Facultad de Ingeniería Química-Higiene y Seguridad (Resolución "C.D." 487/01) e indicaciones en el contenido de la guía y del docente a cargo del Trabajo Práctico.

INTRODUCCION

Las sustancias pueden considerarse formadas por un conjunto de unidades estructurales o fundamentales. La naturaleza de los átomos que constituyen dichas unidades determina el tipo de estas y las fuerzas de cohesión entre las mismas, y con ello el tipo de sustancia. En base a esto es posible clasificar a las sustancias en distintas clases o tipos, y también podemos hablar de "modelos" de sustancias.

Se trabajará con el concepto de MODELO EXTREMO DE SUSTANCIA, lo cual significa que sólo se considerarán sustancias encuadrables dentro de un único modelo o tipo, y que cada una presentará propiedades sólo de ese modelo. Sin embargo, existen muchas otras sustancias que pueden presentar propiedades típicas de más de un modelo.

Considerando el grado de atracción por los electrones de los átomos constituyentes (carácter metálico o no metálico) y su capacidad de enlace, se pueden establecer cuatro tipos extremos de sustancias:

• MOLECULARES
• ATÓMICAS (o COVALENTES RETICULARES)
• IÓNICAS
• METÁLICAS

Cada uno de ellos presenta propiedades características, tales como dureza, punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad en solventes polares y en solventes no polares, conductividad eléctrica, reactividad química, etc.

PARTE EXPERIMENTAL

A .- Modelo de sustancia de acuerdo a las propiedades

Se determinarán de maneras muy simples algunas propiedades de distintas sustancias, a los fines de determinar posible(s) modelo(s) asignable a cada sustancias.

Técnica Operatoria

Etapas de la Secuencia de Trabajo

a- Cada comisión de trabajo dispondrá de ocho sustancias desconocidas, identificadas con letras, para las que ensayará diferentes propiedades Observar y anotar detalladamente los resultados obtenidos.

Precauciones y Recomendaciones

b- Observar las características generales de cada una: estado de agregación, color, opacidad, transparencia, brillo, etc. No tocar ni inhalar ninguna sustancia. Tomar precauciones especiales con las sustancias F y E. La sustancia F está protegida con agua para evitar su reacción con el O2 del aire. Es tóxica y quema la piel por contacto. La sustancia E está protegida con aceite para evitar su reacción violenta con agua

C- Ensayo de dureza (sustancias sólidas no pulverulentas), que consiste en tratar de penetrar con un punzón de punta de bronce cada una de las sustancias sólidas en estudio. Si la sustancia puede penetrarse con el punzón en forma vertical, se cataloga como blanda o muy blanca; si no puede penetrarse se intenta rayarla con el punzón, si se raya se considera dura y si no se cataloga como muy dura.

d- Ensayo de conductividad eléctrica. Se determina empleando un multímetro entre cuyos electrodos se interpone la sustancia objeto de la determinación. Limpiar los electrodos entre ensayo y ensayo. Observar si se detecta conducción de corriente mediante el movimiento de la aguja del multímetro.

e- Ensayo de solubilidad en agua: Se determina agregando una pequeña cantidad de sustancia sólida (excepto la F y la E), o algunas gotas de sustancia líquida, sobre aproximadamente 1 cm de insolubles o solubles con reacción química. de altura de agua contenida en un tubo de ensayos y agitando. Ensayo a realizar con las sustancias A,B,C, F, Gy H. No excederse en las cantidades de sustancia indicadas. Clasifique a las sustancias ensayadas en solubles, Si la sustancia se disuelve, hacer el ensayo de conductividad con la solución obtenida. Predecir la solubilidad de la sustancia D (protegida con agua).

f- Ensayo de solubilidad con la sustancia E (protegida con aceite) Este ensayo será realizado por el docente y los alumnos deberán ubicarse a una distancia prudencial de la zona de ensayo. Preparar un cristalizador conteniendo agua (no más de la mitad) y gotas de fenolftaleína. Mediante una pinza tomar un trozo pequeño de la sustancia E y colocarlo sobre la superficie del agua del cristalizador. Observar y describir los cambios detectados.

Resumen de datos y análisis de resultados de ensayos

Complete el siguiente cuadro, asignando a cada sustancia uno o más modelos de acuerdo con las propiedades ensayadas para cada una, explicando en caso los fundamentos de la elección.

Propiedades determinadas en los ensayos

Sustancia ensayada Estado de agregación Dureza Conductividad Solubilidad en eléctrica solvente polar Conductividad en disolución Modelo de sustancia asignado A B

C D E F G H

B .- Modelo de sustancia de acuerdo a la fórmula química

En la tabla siguiente se indican los nombres de las sustancias utilizadas en el Trabajo Práctico. A cada una de ellas se le asignará un modelo sólo considerando la fórmula química, y explicitando en cada caso los fundamentos de la elección.

Se indicarán además datos de propiedades adicionales de las sustancias involucradas.

Nombre de la sustancia Fórmula química Atracción por los electrones Capacidad de enlace Modelo de sustancia asignado en base a la fórmula Magnesio Tetracloruro de carbono Sodio Carbonato de calcio Carburo de silicio Heptacosano Fósforo blanco Nitrato de potasio

Datos adicionales de las sustancias

Nombre Fórmula Tfusión (℃) Tebullición (℃) Densidad Solubilidad (g/100 mL) H2O fría H2O caliente Magnesio Mg 648.8 1107 1,74 Reacción química Reacción química Tetracloruro de carbono CCl4 -23 76,8 1,5867 20 20 Insoluble Muy poco soluble Sodio Na 97,8 882,9 0,97 Reacción violenta Reacción violenta Carbonato de calcio CaCO3 Descompone a 825 ℃ - 2,93 0,0012 (20 ℃) 0,002 (100 ℃) Carburo de silicio SiC ~2700 - 3,217 Insoluble Insoluble Heptacosano C27H56 59,5 270 0,780 Insoluble Insoluble Fósforo blanco P4 44,1 280 1,8220 0,0003 (15℃) Ligeramente soluble Nitrato de potasio KNO3 333 Descompone a 400 ℃ 2,11 13.3 (0 ℃) 246 (100℃)

Nota respecto a la parafina sólida: La parafina comercial es una mezcla de hidrocarburos saturados de fórmula general CnH2n+2 con n comprendido entre 18 y 40. En la tabla figura el hidrocarburo de n = 27 (heptacosano) porque su punto de fusión coincide con el de la parafina comercial.

Observaciones

Los datos requeridos para las sustancias cuyos nombres fueron suministrados por el docente, pueden obtenerse de los siguientes Manuales disponibles en la Biblioteca de FIQ:

• Weast R.C. CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press, Boca Raton, Florida.
• Hodgman C.D. Handbook of Chemistry and Physics. Chemical Rubber Publishing. Cleveland.
• Perry R. H .; Green D. W .; Maloney J. O. Manual del Ingeniero Químico. McGraw-Hill. Madrid.

A su vez pueden obtenerse de diversas fuentes Fichas de Datos de Seguridad de las Sustancias (ver ejemplo en el Entorno Virtual).

C .- Identificación de las sustancias

Comparar los cuadros de las partes A y B y determinar qué nombre y fórmula química puede asignarse a cada sustancia identificada con una letra. Analizar además la concordancia entre el modelo de sustancia, las propiedades ensayadas y las propiedades extraídas de los Manuales consultados. Si es necesario explicitar qué experiencias adicionales habría que realizar para poder completar o hacer más precisa la identificación.

ANEXO 1

Principios teoricos

TRABAJO PRÁCTICO: MODELOS EXTREMOS DE SUSTANCIA

FUNDAMENTOS TEÓRICOS BÁSICOS

Todas las sustancias pueden considerarse formadas por un conjunto de unidades estructurales o fundamentales. La clase de átomos que constituyen dichas unidades determina el tipo de estas y las fuerzas de cohesión entre las mismas, y con ello el tipo de sustancia. En base a esto es posible clasificar a las sustancias en distintas clases o tipos, y también podemos hablar de "modelos" de sustancias.

Considerando el grado de atracción por los electrones de los átomos constituyentes (carácter metálico o no metálico) y su capacidad de enlace, se pueden establecer cuatro tipos extremos de sustancias:

• MOLECULARES
• ATÓMICAS (o COVALENTES RETICULARES)
• IÓNICAS
• METÁLICAS

cada una con sus propiedades características, tales como dureza, punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad en solventes polares y en solventes no polares, conductividad eléctrica, reactividad química, etc.

SUSTANCIAS MOLECULARES

Sus unidades fundamentales están constituídas por atomos no metálicos (alta atracción por los electrones) y de baja capacidad de enlace (por lo menos un átomo de la unidad de sustancia debe tener baja capacidad de enlace), debido a lo cual dichos átomos se unen mediante enlaces covalentes formando unidades estructurales individuales, de dos o más átomos, denominadas moléculas, por ej.: Cl2, O2, P4, N2, ClF, PCl3, H2O, etc.

Las fuerzas de cohesión entre estas moléculas son del tipo Van der Waals, débiles, y en algunos casos puente de hidrógeno (cuando se presentan enlaces H-N, H-O o H-F), por lo tanto sus cristales sólidos están muy poco cohesionados y hará falta muy poca energía para deformarlos e incluso vaporizarlos; en consecuencia las sustancias moleculares presentan una dureza, punto de fusión y punto de ebullición bajos.

Asimismo, la alta atracción por los electrones de sus átomos hacen que los electrones de enlace estén fuertemente localizados en las unidades de sustancia, al mismo tiempo que no disponen de otros orbitales vacíos para ocupar. Por lo tanto, las sustancias moleculares no son conductores de la electricidad, porque no disponen de electrones móviles o libres, ni de orbitales de baja energía que permitan a los electrones desplazarse por acción de un campo eléctrico.