Docdownloader.com informe n-04-configuracion-electronica-el-espect-de-los-elementos
- 1. PRACTICADE 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 sustanciasson expuestas a la llamadel mecheroBunseny el estudiode esta característicarelacionando con la configuración. Establecer los efectos producidos por la influencia del calor. Introducir el análisis espectral cualitativo. II. FUNDAMENTO TEORICO: Los espectrosde los elementos,sonformas deenergía que elelementoabsolutoabsorbeo emitecuandose producesaltosde electronesentrenivelesde energía, constituyelas huellasdigitalesdelos elementos,detal formaque cadaelementoposeeunaserie únicadelongitudesde ondade absorcióny emisión.Mientrasque el espectrode energía radiantese obtienepor el análisisal espectroscopiode la luzu otra fuente de energía radiante, los espectros de emisión de los elementos, se pueden obtener al excitar un átomo (pasar el átomo desdesu configuraciónalestadobasalaunaconfiguraciónmomentánea,saltandoalgunodesuselectronesa niveles más extremos), por mediode la llamao un arcoeléctrico,así cuandose calientansalescomoNaCl, estas sustancia se vaporizan, convirtiéndose al mismo tiempo los iones en átomos que además están excitados: Energíatérmica+ 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 característicayal ser analizadoen un aparatollamadoespectroscopio,revela estar constituidapor una serie de líneas características bien determinadas de longitud de onda constante. La explicacióndelorigendeestaslíneascaracterísticaseslasiguiente.Al excitar,suministrandoenergíaaun átomo, se puede “elevar” a orbitas más alejadas del núcleo, a niveles energéticos más altos; electrones que normalmente se encuentranen 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, energéticamentemás-bajasa la vez quedesprendenen forma de ondasluminosasmonocraticaslaenergía absorbida. La frecuencia (v) o la longitud de onda (⍺) de la luzemitida está dada:
- 2. Dónde: H =constantedePlanck=6,6256*10^(-34) 𝜺𝟏 − 𝜺𝟐 = 𝒉𝒄 ⍺ C = velocidad dela luz enel vacío = 2,9979*10^8 ⍺ = longituddeondade 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 λ (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 yla llama del mechero Bunsen; los espectros obtenidos son muysimples yfáciles de distinguir. Paraunciertoprocesodeexcitación,unamoléculaabsorbeunapequeña cantidaddeenergía,esdecirabsorbe radiación de una sola frecuencia. Si este fuerael casodetodas lasmoléculasdeunasustancia,seabsorberíaunaseriedelíneas deabsorción, sin embargo, en un grupo de moléculas existen en varios estados vibraciones y rotacionales y cada estado difieredelotro en unacantidaddeenergíarelativamentepequeña.Así un gripode moléculasabsorbeenergía en una región restringida yda origen a una banda de absorción opico. 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 reactivos
- 3. III. PARTEEXPERIMENTAL: MATERIALES Lunade reloj Mechero Bunsen Alambrede platinoynicrom 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 yllevar 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 yobservar lacoloración. 5. Pasado cierto tiempo pasar a la zona de temperatura más alta de la llama yobservar a la coloración. 6. Repetirel experimentoconlasotras muestras. 7. Realizarlos esquemasdeprocedimientoporcadamuestraobservando:primeroelcolordela muestra,el colorola llamadetemperaturabajay temperatura alta. 8. Elaborarun cuadrode resultados.
- 4. V. CÁLCULOSYRESULTADOS Tabla de combustión y estudio de la llama Tabla de ensayos de la llama VI. CUESTIONARIO 1. ¿Qué es el color? es unapercepciónvisualquese generaenelcerebrodeloshumanosyotros animalesalinterpretarlas señales nerviosas que le envían los foto-receptores en la retina del ojo, que a su vez interpretan y distinguenlasdistintaslongitudesdeondaquecaptandela parte visibledel espectroelectromagnético (la luz). Todo cuerpoiluminado absorbeuna parte de las ondas electromagnéticas yrefleja las restantes. Las ondasreflejadassoncaptadasporelojo e interpretadasenelcerebrocomodistintoscoloressegúnlas longitudes de ondas correspondientes. El ojohumanosólo percibelaslongitudesde onda cuandolailuminaciónesabundante.Con pocaluz se ve en blanco y negro. En la denominada síntesis aditiva (comúnmente llamada "superposiciónde coloresluz") el colorblancoresultade la superposicióndetodoslos colores,mientrasque el negroes la ausenciadecolor.En la síntesis sustractiva (mezcladepinturas, tintes, tintas y colorantesnaturales para crear colores) el blanco solose da bajo la ausencia de pigmentos yutilizando un soporte de ese colormientrasqueelnegro es resultado de la superposición de los colores cian, magenta yamarillo. 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 métodosespectroscópicosatómicossebasanenlainteracciónentralaradiaciónelectromagnética y la materia (fenómenos de absorción, emisión y fluorescencia por Muestra Color de llama Elemento posible Longitud de onda (nm) Energía (joule) Frecuencia (Hz) Tipo de combustión Reacción química Tipo de llama Características 𝐶3 𝐻8 + 𝑂2 → 𝐶3 𝐻8 + 𝑂2 →
- 5. 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 emitidapor átomos en todas las regiones del espectro. Cuando estos absorben energía, se excitan yen dicho estado permanecen un tiempomuycorto (del ordende 10-6s.), luegoel átomo o moléculavuelve a su estadofundamentalo noexcitadoemitiendoelsobrantedeenergíaenformadeluzocuantosluminosos(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 yfinal respectivamente, la energía emitida se expresará como: Donde 𝑬 𝟏 − 𝑬 𝟐 = 𝒉 ∗ 𝜸 𝟏𝟐 h: constantedePlanck 𝜸 𝟏𝟐:Frecuenciadelaradiaciónemitida 3. ¿Qué se entiende por fotón y cuánto? Es lapartículaelementalresponsabledelasmanifestacionescuánticasdelfenómenoelectromagnético. 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 ylas ondas de radio. El fotón tiene una masa invariante cero, y viaja en el vacío con una velocidadconstante.Comotodosloscuantos,elfotón presentatanto propiedadescorpuscularescomo 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;sinembargo,secomportacomounapartículacuandointeractúaconlamateriaparatransferir una cantidad fija de energía, que viene dada por laexpresión. Donde 𝑬 = 𝒉 ∗ 𝒄 𝝀 = 𝒉 ∗ 𝒗 h: Es laconstantede Planck,c es la velocidaddelaluz. 𝝀 : Es lalongitudde onda. 𝒗 : Lafrecuenciadelaonda. Esto difiere delo queocurreconlasondasclásicas,quepuedenganaroperdercantidadesarbitrarias de energía.Para la luzvisible, laenergíaportada porun fotón es de alrededorde4×10–
- 6. 19 julios.
- 7. 4. ¿Quéeslafluorescenciaylafosforescencia? La fluorescencia. Es untipoparticulardeluminiscencia,quecaracterizaalassustanciasquesoncapacesdeabsorber energíaen formaderadiacioneselectromagnéticasyluegoemitirparte deesa energíaen formade radiación electromagnética de longitud de onda diferente. Laenergíatotal emitidaenformadeluzessiempremenoralaenergíatotalabsorbidayladiferencia entre ambases disipadaenformade calor.En la mayoría de loscasosla longitudde ondaemitida es mayor -y por lo tanto de menor energía- que la absorbida, sin embargo, si la radiación de excitaciónesintensa,esposibleparaunelectrónabsorberdosfotones;enestaabsorciónbifotónica, la longituddeondaemitidaes máscortaquela absorbida,sinembargoenamboscasoslaenergía total emitida es menor que la energía total absorbida. La fosforescencia Es elfenómenoenelcualciertassustanciastienenlapropiedaddeabsorberenergíayalmacenarla, paraemitirlaposteriormenteenformaderadiación.Aaquelloselementosqueofrecenfosforescencia se les conoce como foto-reactivos, es decir que requieren luz para obtener la propiedad, es un elementodela foto-sensibilidadquepormediodela radiaciónadquierenlaenergíanecesariapara almacenarla yexponerla 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 emitiendoluz durante un tiempo muchomás prolongado, aun después del corte del estímulo que la provoca, ya que la energía absorbida se libera lenta (incluso muchas horas después) ycontinuamente. 5. Según la teoría moderna. ¿cómo se originan las líneas espectrales? Unalínea espectralesunalíneaoscuraobrillanteenun espectrouniformeycontinuo,resultadode un excesoounacarenciadefotonesenunestrechorango defrecuencias,comparadoconlasfrecuencias cercanas.Cuandoexisteun excesodefotones se hablade unalínea de emisión.En el casode existir unacarenciadefotones,sehabladeunalíneadeabsorción.Elestudiodelaslíneasespectralespermite 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. Diferencieentrelosespectrosdeemisiónyespectrosde absorción ESPECTROSDE EMISIÓN:Sonaquellosqueseobtienenaldescomponerlasradiacionesemitidas por uncuerpopreviamenteexcitado. Se dividen enContinuosy Discontinuos:
- 8. Los espectros de emisión continuos se obtienen al pasar las radiaciones de cualquier sólido incandescente por un prisma. Todos los sólidos a la mismaTemperatura 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. ESPECTROSDEABSORCIÓN: Sonlosespectrosresultantesdeintercalarunadeterminadasustancia entre una fuente de luzy un prisma También se dividen en continuos ydiscontinuos: Los espectrosdeabsorción continuosseobtienenalintercalarelsólidoentre el focoderadiación y el prisma.Así, por ejemplo,siintercalamosunvidrio de colorazul quedanabsorbidastodaslas radiaciones menos el azul. Los espectrosde absorcióndiscontinuosseproducenalintercalarvaporo gas entre la fuente de radiaciónyel prisma.Se observan bandaso rayas situadasa la mismalongituddeonda que los espectros de emisión de esos vapores o gases. 7. Dibujar las partes del mechero Bunsen. 8. Si lalíneaespectral del hidrogeno tieneunalongitud deondade410nm.Cuál essu energíaen Kcal/mol. Solución: Remplazando. 𝑬 = 𝒉𝒄 𝝀 = 𝒉𝒗 𝑬 = 𝟔, 𝟔𝟐𝟔𝟎. 𝟏𝟎−𝟑𝟒 𝒋. 𝒔. 𝟑. 𝟏𝟎 𝟖 𝒎/𝒔
- 9. 𝟒𝟏. 𝟏𝟎−𝟖 𝒎 = ℎ𝑣
- 10. 𝑬 = 𝟔, 𝟔𝟐𝟔𝟎. 𝟏𝟎−𝟑𝟒. 𝟑. 𝟏𝟎 𝟖 𝟒𝟏. 𝟏𝟎−𝟖 𝒋 𝑬 = 𝟒, 𝟖𝟒. 𝟏𝟎−𝟑𝟓 𝐣. 𝟎, 𝟐𝟒𝐜𝐚𝐥 = 𝟏, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑𝟓 𝐜𝐚𝐥 = 𝟏, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑𝟖 𝐊𝐜𝐚𝐥 𝐣 𝐦𝐨𝐥 Rpta: = 𝟏, 𝟏𝟔. 𝟏𝟎−𝟑𝟖 𝐊𝐜𝐚𝐥 𝐦𝐨𝐥 VII. REFERENCIASBIBLIOGRAFICAS: UNAM: Varios Autores. 1994.QuímicaGeneral:LaboratorioyTaller.UNAM-SITESA.México. Frías, O. M.C. y Colab.1990. ManualdeQuímicaExperimentalIy II. UJAT. México. CHANG, Raymond:(2002)“QuímicaExperimental”.3raEdición.EditorialSanMarcos.Lima -Perú. R. Chang. "Química".1999.McGraw-Hill,México. Química.ProblemasyejerciciosdeaplicaciónparaQuímica.Autor: Coba, Yael Editorial:Eudeba Edición:1º-2010ISBN : 978-950-23-1702-1página27. Rodríguez, Santos, E. 1980. TécnicaQuímicadeLaboratorio.4ºedición.GustavoGilli.Madrid BermejoBarrera.M del Pilar.Químicaanalíticageneral,cuantitativae instrumental. Álvarez Jiménez, M. D. y GómezdelRío, M. I. Guía DidácticaQuímicaAnalíticaII.UNED. 1999. BermejoBarrera.M del Pilar.Químicaanalíticageneral,cuantitativaeinstrumental.Editorial Paraninfo.7maEdición.ISBN: 8428318093.1990. Burriel,M.F., Lucena,C.F.QuímicaAnalítica Cuantitativa.EdiciónRevolucionaria.La Habana.1978.