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informe quimica 6
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
“Año de la Diversificación Productiva y el Fortalecimiento de la Educación”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
INFORME N° 06
SÓLIDOS
Integrantes: Código:
Sección: F
Profesora:
MARY APOLAYA
Curso:
QUÍMICA GENERAL
Lima, 23 de noviembre del 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”
INDICEINTRODUCCION..................................................................................3
FUNDAMENTO TEORICO.....................................................................4
SOLIDOS
EXPERIMENTO N°1: Diferencia entre solido cristalino y solido amorfo.................................................................................................7
EXPERIMENTO N°2: Propiedades de los sólidos cristalinos..................8
2.1 Densidad de los solidos..................................................................9
2.2 Absorción del agua.........................................................................9
2.2.1 Higroscopia.................................................................................9
2.2.2 Delicuescencia............................................................................9
2.2.3 Sublimación..............................................................................10
EXPERIMENTO N°3: Obtención de solidos cristalinos……………………11
EXPERIMENTO N°4: Obtención de varios estados alotrópicos del azufre…………………………………………………………………………………12
EXPERIMENTO N°5: Confección de los modelos de celdas unitarias
de empaquetamientos más comunes………………………………………….14
CONCLUSIONES…………………………………………………………………..16
RECOMENDACIONES……………………………………………………...…….16
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………..17
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“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”
INTRODUCCIÓN
El presente informe corresponde a la sexta experiencia en el laboratorio de química que tiene como objetivo poner en práctica la teoría impartida por la profesora.
En esta oportunidad realizamos el tema de agregación de la materia cuyo objetivo principal es estudiar la diferencia entre un sólido amorfo y un sólido cristalino
En el estado sólido, las moléculas, átomos o iones que componen la sustancia están unidos entre sí por fuerzas intensas, formando un todo compacto. Esto es una característica de los sólidos y permite que entren las fuerzas de enlace dando lugar a una red cristalina. En ella las partículas tienen movimientos, se limitan a vibraciones en los vértices de la red en donde se encuentran. Por esta razón las sustancias sólidas poseen forma y volumen propios
Los sólidos se clasifican como cristalinos o amorfos. Los sólidos cristalinos son sólidos verdaderos, las partículas existen en un patrón regular, tridimensional, denominado red cristalina.
Los sólidos amorfos no tienen una estructura microscópica regular como los sólidos cristalinos. En realidad su estructura se parece mucho más a la de los líquidos que a la de los sólidos.
El vidrio, el alquitrán, los polímeros de alta masa molecular como el plexiglás son ejemplos de sólidos amorfos.
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“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”
FUNDAMENTO TEÓRICOEl Estado Sólido
1. Sólido Cristalino y Sólido Amorfo:
Los sólidos se clasifican como cristalinos o amorfos. Los sólidos cristalinos son sólidos verdaderos, las partículas existen en un patrón regular, tridimensional, denominado red cristalina.
Los sólidos amorfos no tienen una estructura microscópica regular como los sólidos cristalinos. En realidad su estructura se parece mucho más a la de los líquidos que a la de los sólidos.
El vidrio, el alquitrán, los polímeros de alta masa molecular como el plexiglás son ejemplos de sólidos amorfos.
2. Características Generales:
Los cristales poseen una constitución vectorial, es decir, sus propiedades son función de la dirección. En las sustancias cristalinas no son equivalentes todas las direcciones. La dependencia entre las propiedades de un cristal y la dirección está influenciada por la simetría del mismo, es decir por el número de planos o de ejes de simetría que son los que condicionan el crecimiento del cristal.
3. Fuerzas de Enlace:
Los sólidos cristalinos se clasifican en categorías dependientes del tipo de partículas que forman el cristal y los enlaces que interaccionan entre ellas.
Las categorías son:
a.- Fuerzas Iónicas Constituidas por fuerzas electrostáticas entre iones de signos opuestos que constituyen las partículas del cristal iónico. Desde que estas fuerzas son considerables, los cristales iónicos resultan ser bastante duros, quebradizos, malos conductores caloríficos y eléctricos y de punto difusión elevados (600 a 3000ºC).
Ejemplo: NaCl. CaBr2, K2SO4, que son sales características.
b.- Fuerzas de Van der Waals Son fuerzas débiles, por lo cual los cristales son blandos y de bajo punto de fusión. Son características de sustancias orgánicas que poseen este tipo de fuerza de enlace entre sus moléculas neutras que constituyen sus partículas cristalinas.
c.- Fuerzas de Enlace Covalente Los sólidos covalentes (sólidos de red cristalina), el diamante es un ejemplo de los cristales que mantienen unidas sus partículas por enlaces covalentes en tres dimensiones; cada átomo de carbono esta unido a otros cuatro por un modelo tetraédrico, que permite reconocer la dependencia con el tetraedro de Van´t Hoff para el átomo de carbono.
En cambio, el grafito, es menos compacto y blando, exfoliable y de más fácil ataque por los agentes químicos, debido a que la estructura cristalina tiene una ordenación de capas
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“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”bidimensionales de enlaces covalentes entre sus átomos según distribución hexagonal parecidos a los anillos del benceno.
d. Fuerzas dipolo-dipolo Las fuerzas dipolo-dipolo son atracciones entre dipolos eléctricos de moléculas polares.
e. Fuerza dipolo-dipolo inducido Estas fuerzas se dan entre una molécula polar y otra molécula no polar. La molécula polar induce un dipolo en la no polar.
f.- Fuerzas de Dispersión o de London Son atracciones que se dan entre cualquier tipo de moléculas debido a los dipolos instantáneos que se forman producidos por las fluctuaciones en la densidad eléctrica que rodea a los átomos. Las fuerzas de London dependen de la forma de la molécula. Para moléculas de formas semejantes, crecen con la masa molecular y con la polarización ya que esos factores facilitan la fluctuación de los electrones.
g.- Fuerzas Ión-dipolo En estas fuerzas un catión atrae la carga parcial negativa de un dipolo eléctrico o un anión atrae la carga parcial positiva del dipolo. Esta fuerza es la responsable de la hidratación de los iones del agua. La hidratación del catión persiste muchas veces en el sólido por ejemplo el Na2CO3.10H2O. Un catión se hidrata más fuertemente cuanto menor sea su tamaño y mayor su carga.
h.- Fuerza de Enlace de Hidrógeno Es una interacción primordialmente de tipo dipolo-dipolo especialmente fuerte, que se da entre un átomo de hidrógeno con carga parcial positiva y un átomo electronegativo (normalmente N, O, ó F) La presencia del enlace de hidrógeno en el H2O, NH3 y HF, justifica las anormalidades encontradas en sus puntos de fusión, es también responsable de la alta capacidad calorífica molar del agua líquida, así como de sus elevados calores de vaporización y de fusión.
Propiedades de los sólidos amorfos
Las moléculas de los sólidos amorfos están distribuidas al azar y las propiedades físicas del sólido son idénticas en todas las direcciones (isotropía).
Las formas amorfas tienen una temperatura característica a la cual sus propiedades experimentan cambios importantes. Esta temperatura se conoce como temperatura de transición vítrea (Tg). La temperatura de transición a vidrio de un material amorfo puede reducirse añadiendo moléculas pequeñas, denominadas "plastificadores", que se adaptan entre las moléculas vítreas y les proporciona mayor movilidad.
Una consecuencia directa de la disposición irregular de las partículas en un sólido amorfo, es la diferencia de intensidad que toman las fuerzas intermoleculares entre las mismas, de ahí que la fusión se alcance a distintas temperaturas, según la proporción de las distintas partículas que forman la muestra. De ello se deduce que un sólido amorfo no tiene un punto de fusión definido, sino que dicha transformación acontece en un intervalo de temperatura. Cuando se calienta un sólido amorfo, la sustancia no manifiesta un punto de fusión, aunque se ablandan progresivamente aumentando su tendencia a deformarse. En contraste, la temperatura de fusión de un sólido cristalino es precisa y está bien definida.
En cuanto a sus propiedades elásticas, se puede afirmar que los sólidos amorfos manifiestan las propiedades de los cristales. Por ejemplo, al aplicar una carga a un material amorfo en un intervalo racionado de tiempo, la sustancia desarrollará una
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“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”deformación pseudo-permanente, es decir, fluirá como si fuera un líquido de viscosidad muy alta.
Respecto al magnetismo, los metales amorfos presentan las propiedades magnéticas más notables, comportándose como materiales ferromagnéticos (aquellos en los que se produce un ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos en la misma dirección y sentido).
Sistemas cristalinos
Si se tienen en cuenta los elementos de simetría, se pueden distinguir siete sistemas cristalinos, que toman el nombre de una figura geométrica elemental. Como son:
1. Cúbico (cubo)2. Tetragonal (prisma recto cuadrangular)3. Ortorrómbico (prisma recto de base rómbica)4. Monoclínico (prisma oblicuo de base rómbica)5. Triclínico (paralelepípedo cualquiera)6. Romboédrico (paralelepípedo cuyas caras son rombos)7. Hexagonal (prisma recto de base hexagonal)
Las diversas formas de un mismo cristal pueden proceder de dislocaciones, por los vértices o por las aristas, de la forma típica. Estas modificaciones se pueden interpretar a partir del conocimiento de la estructura reticular de un cristal.
El conjunto de caras externas que limita un cristal constituye una forma cristalina. Estas caras se deducen unas de otras por acción de las operaciones de simetría del cristal.
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SÓLIDOSEXPERIMENTO N°1: Diferencia entre sólido cristalino y sólido amorfo
- MATERIALES
- Trozo de brea- 1 trípode- Mechero bunsen- Trozo de plástico- Lamina de lata
- PROCEDIMIENTO:
a) Colocar un trozo de brea sobre una lámina de lata que debe de estar sobre un trípode
b) Calentar suavemente empleando el mechero, observarc) Repita a) y b) con un trozo de plástico (termoplástico)
- Resultados:
a) PLÁSTICO-El plástico se reduce inmediatamente -Se forman ampollas en el plástico mientras cambia a fase liquida
b) BREA- La brea desprende vapores malolientes -Se deforma rápidamente hasta pasar a fase liquida
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“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”EXPERIMENTO N°2: Propiedades de los sólidos cristalinos
2.1 Densidad de los sólidos
- MATERIALES:
- 12 clavos (hierro)- 1 probeta
- PROCEDIMIENTO:
a) Pesar una docena de clavos (hierro)b) Colocar 10 ml de agua en una probeta graduadac) Adicionar la docena de clavos dentro de la probetad) Medir el nuevo volumene) Determinar la densidad del hierro
-RESULTADOS:
- Masa de los clavos =23.35 g
- ∆ de volumen= 0.8 ml
- Cálculo de la densidad:
ρ= m∆v
ρ=23.35 g0.8ml
ρ=¿29.1875 g/ml
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“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”2.2 Absorción del agua
Higroscopia a) Dejar sobre una luna reloj un poco de sulfato de cobre
anhidro al ambienteb) Observar y anotar el cambio de color y la fase, después de
una hora
RESULTADOS:
-El sulfato de cobre anhidro se vuelve de color azul debido a la humedad del medio ambiente
-La fase sigue igual de sólida.
Delicuescencia a) Dejar sobre una luna de reloj un poco de hidróxido de sodio
al ambiente b) Observar y anotar el cambio de fase después de una hora
-RESULTADOS
-El hidróxido de sodio se derrite por que absorbe el agua que existe en el medio
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Sublimación a) Colocar un gramo de yodo dentro de un tubo de ensayo
limpio y secob) Anotar el color y la fase en el que se encuentra el yodoc) Tapar el tubod) Calentar a 80°C, 150 ml de agua en un vaso de 250 ml.e) Introducir el tubo dentro del vaso con agua f) Observar y anotar el color y fase del Yodo después del
calentamiento durante 2 minutos
RESULTADOS:
-El yodo sublima al cambio de temperatura y su color característico es el violeta pero en estado sólido el color es de plomizo.
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“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”EXPERIMENTO N°3: Obtención de sólidos cristalinos
3.1 A partir de una solución acuosa sobresaturada
- MATERIALES:
- Tubo de ensayo - Sulfato de cobre- Caja de Petri- Escarbadientes- Papel filtro- Lupa
- PROCEDIMIENTO:
a) 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.
b) Vierta la solución acuosa de CuSO4 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 CuSO4.5H2O. Observe la propagación de la cristalización.
c) Con un escarbadientes o palito de fósforo separe varios monocristales en un papel de filtro y obsérvelo con el microscopio (o una lupa).
d) Observar y anotar.
- RESULTADOS:
Durante el intervalo de tiempo la solución iba cristalizándose. Se observó la formación de cristales o polvo azul, ligeramente
eflorescente al aire.
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“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”EXPERIMENTO N°4: Obtención de varios estados alotrópicos del azufre
a) Azufre octaédrico
- MATERIALES:
- 1g de azufre- 3ml de sulfato de carbono- Papel filtro- Embudo- Mechero Bunssen
- PROCEDIMIENTO:- 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. Ver al microscopio.
- RESULTADOS:
Se visualiza cristales octaédricos pero algunos no son tan visibles ya que están superpuestos.
b) Azufre prismático
- MATERIALES:- 1g de azufre- Crisol- Microscopio- Mechero Bunssen
- PROCEDIMIENTO:- Fundir 1 gramo de azufre al calor suave en un crisol,
observando las transformaciones que se suceden por acción del calor, cuando la sustancia emite vapores, retirarla del fuego, y al formarse una película en su superficie perforarla con un punzón y volcar el contenido líquido que aún resta. Déjelo
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enfriar y observe los cristales obtenidos, verificando su forma prismática. Ver al microscopio.
- RESULTADOS:
El azufre cambia de color de amarillo a anaranjado. Con una lupa se observa cristales anaranjados de forma prismática.
c) Azufre amorfo
- MATERIALES:- 1g de azufre- 1 balón- Cristalizador
- PROCEDIMIENTO:
- Fundir 1 gramo de azufre en un balón hasta que emita vapores, volcarlo sobre el dispositivo que muestra la figura 3 (está en el manual de laboratorio de Química), comprobar el estado amorfo y la elasticidad de la variedad formada.
- RESULTADOS:
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Se llega a observar la formación del azufre amorfo o plástico y al tocarlo se comprueba su propiedad plástica.
EXPERIMENTO N°5: confección de los modelos de celdas unitarias de empaquetamientos más comunes.
1) EMPAQUETAMINETO CUBICO SIMPLE
Nº de coordinación: 6
Átomos por celda: 8 vértices*1/8 =1
Relación entre la longitud de arista y el
Radio del átomo: 2r = a
Eficacia del empaquetamiento: 52%
2) EMPAQUETAMIENTO CUBICO DE CUERPO CENTRADO
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C ú b i c a c e n t r a d a e n e l c u e r p o
N º d e c o o r d i n a c i ó n : 8
Á t o m o s p o r c e l d a : 8 a r i s t a s * 1 / 8 + 1 c e n t r o = 2
R e l a c i ó n e n t r e l a l o n g i t u d d e a r i s t a y e l r a d i o d e l á t o m o :
4a 3r
E f i c a c i a d e l e m p a q u e t a m i e n t o : 6 8 %
C ú b i c a c e n t r a d a e n e l c u e r p o ( B C C ) : F e , C r , M o , W , T a , B a .
b c
b 2 = a 2 + a 2 c 2 = a 2 + b 2 = 3 a 2 c = 4 r = ( 3 a 2 ) 1 / 2
68.083
)3
r4(r342
ar342
VV
3
3
3
3
celda
ocupado
C ú b i c a c e n t r a d a e n l a s c a r a s ( F . C . C . ) :
N º d e c o o r d i n a c i ó n : 1 2
Á t o m o s p o r c e l d a : 8 a r i s t a s * 1 / 8 + 6 c a r a s * 1 / 2 = 4
R e l a c i ó n e n t r e l a l o n g i t u d d e a r i s t a y e l
r a d i o d e l á t o m o : ( 4 r ) 2 = a 2 + a 2
E f i c a c i a d e l e m p a q u e t a m i e n t o : 7 4 %
C o b r e
74.0
2r4
r34a
r344V
V
2/1
3
3
3
celda
ocupado
V ocupadoV celda
=( 4 /3 )πr3
a3 =(4 /3 )πr 3
(2 r )3 =π6=0. 52
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4) EMPAQUETAMIENTO EXAGONAL COMPACTO
a=2R c=√8 R/3
CONCLUSIONES
La densidad del hierro es de 29.1875 g/ml. La brea en un sólido amorfo y el plástico (termoplástico) es un
sólido cristalino El hidróxido de sodio al dejarlo al ambiente este absorbe la
humedad El yodo se sublima con gran facilidad
RECOMENDACIONES
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Hexagonal (h.c.):
Nº de coordinación:12
Átomos por celda: 2
Para el hexágono (3celdas):
12 vérticesx1/6 +2 carasx1/2 +3centro=6átomos
Eficacia del empaquetamiento: 74%
Parámetros: a = ancho del hexágono
c= altura; distancia entre dos planos
razon axial c/a para esferas en contacto=1.633
Be c/a = 1.58
Cd c/a = 1.88
Hexagonal compacta (h.c): Be, Mg, Zn, Cd, Ti
c
a
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Se recomienda lavar los instrumentos a utilizar para un mejor uso.
Para el cálculo de la densidad es necesario una variación de volumen más precisa
BIBLIOGRAFIAInternet:
-http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lido_amorfo
-http://quimica.laguia2000.com/quimica-organica/solidos-cristalinos
- http://tecnologiaselectividad.blogspot.com/2009/08/estado-solido-solido-amorfo-y-solido.html
Libros:
- QUIMICA LA CIENCIA CENTRAL: BROWN, THEODORE, LEMAY, H.EUGENE. Grupo Prentice Hall, Hispanoamericana S.A. México.
- QUIMICA GENERAL: WHITTEN, KENNET; GAILEY, KENNET; DAVISRAYMOND. Ed. Mc Graw Hill. Interamericana de México. España.
- LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES: WILLIAM, DONALD.Grupo Editorial Iberoamérica. México.
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