Práctica N°1: Mechero de Bunsen y estudio de la llamaUniversidad Nacional Mayor De San Marcos Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica Escuela Académico Profesional Ingeniería Civil Curso: Laboratorio de Química Práctica N°1: Materia, energía y sus cambios. El mechero de Bunsen y el estudio de la llama. Profesor: Quim. Santos Alvarez Lopez Integrantes: Herhuay Neyra, Fresia 15160099 Rojas Yupanqui, Shirley 15160109 Gomez Nuñez, Jorge 15160321 Nizama Roque, Jairo 15160106 Fecha de realización de la práctica: 13 de Abril de 2015 Fecha de entrega del informe: 20 de Abril de 2015 Ciudad Universitaria, Abril de 2015 2 TABLA DE CONTENIDO I. OBJETIVOS....................................................................................................................... 3 II. PRINCIPIOS TEÓRICOS...................................................................................................3 - MATERIA - ENERGIA - MECHERO DE BUNSEN - TIPOS DE COMBUSTIÓNipos de combustión - LLAMA III. PARTE EXPERIMENTAL................................................................................................5 MATERIALES REACTIVOS IV. PROCEDIMIENTO......................................................................................................... 6 ESTUDIO DE LA LLAMA V. PORCELANA ALAMBRE DE MICRON FOSFORO TUBO DE VIDRIO REJILLA METALICA CARTULINA LAMINA DE COBRE NaCl CUESTIONARIO.............................................................................................................. 11 VI. CONCLUSIONES......................................................................................................... 13 VII. RECOMENDACIONES.................................................................................................13 I. OBJETIVOS - Aprender el funcionamiento del mechero, los tipos de combustión y la clase de llama. - Observar la materia e identificar sus diferentes propiedades en los distintos estados y formas de presentación para un mejor conocimiento y entendimiento de los mismos. - Observar los cambios físicos y químicos de algunos compuestos; así como el cambio de energía espectral. II. PRINCIPIOS TEÓRICOS - Materia La materia es el material físico del universo, es cualquier cosa que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Por ejemplo el agua, la sal, el azúcar, el acero, las estrellas e incluso los gases presente en el aire, todo se compone de materia. De hecho la química es una ciencia que se ocupa de la materia y de los cambios que esta sufre. - Energía Se define como la capacidad para realizar trabajo o transferir calor. Se realiza trabajo cuando se mueve una masa a través de una distancia. Entre las formas más comunes de energía están: la luz, el calor, la energía eléctrica, la energía mecánica y la energía química. - Mechero de Bunsen El mechero creado por R. Bunsen en 1866, es uno de los instrumentos clásicos, muy necesario en el trabajo de laboratorio; se usa siempre que se requiere contar con una fuente de calor, ya sea para producir o acelerar una reacción química o para efectuar un cambio físico. El calor es originado por la combustión de un gas que podría ser hulla, gas natural, acetileno, propano o butano; según el diseño del mechero y de acuerdo a las necesidades. El mechero de Bunsen se compone de las siguientes partes: - Tipos de combustión Durante la combustión, los compuestos que contienen carbono e hidrogeno y a veces oxígeno arden consumiendo oxígeno y produciendo dióxido de carbono y agua. Dependiendo de la cantidad de oxígeno, se pueden generar dos tipos de combustión: completa e incompleta, las cuales se pueden describir mediante las siguientes reacciones químicas: C3 H 8 +5 O2 -> 3 CO2 +4 H2O + q combustión completa C3 H 8 +3 H 2 O ❑ -> 2 CO2 + C❑ + 4 H2O + q combustión incompleta - Llama Se define como la combustión de gases y vapores a altas temperaturas cuyo volumen será el espacio ocupado por esos reactantes durante la reacción: En la combustión se aprecia el desprendimiento de luz y calor. Clases de llama: De acuerdo al tipo de combustión se pueden generar dos clases de llama, la no luminosa y la luminosa. Llama no luminosa Se consigue debido a un adecuado contacto entre aire y gas antes de efectuarse la combustión, de tal manera que casi no hay partículas sólidas incandescentes, por que la combustión es completa. Llama luminosa Emite luz por que contiene partículas sólidas que se vuelven incandescentes debido a la temperatura alta que soportan. Se produce cuando el aire que entra en el quemador es insuficiente y la descomposición del gas produce pequeñas partículas de carbón (hollín), que se calientan a incandescencia, originando una llama luminosa. Esta clase de llama se genera en una combustión incompleta. Zonas de la llama: III. Zona fría Es la zona de color oscuro formado por una mezcla de aire y gases sin quemar. Cono interno Es donde se produce las reacciones iniciales necesarias para la combustión. Cono externo Constituido por los productos de la combustión, donde se encuentra la más alta temperatura de la llama. PARTE EXPERIMENTAL Materiales - Mechero - Trozo de porcelana - Pinza para crisol - Alambre de micrón - Fósforo - Alfileres - Bageta (tubo de vidrio) - Rejilla - Cartulina o cartón Reactivos - NaCl (sal común) - Cu (lámina de cobre) IV. PROCEDIMIENTO Encendido del mechero y obtención de los dos tipos de llama. - Llama luminosa Como sabemos la llama luminosa es consecuencia de una combustión incompleta debido al carbón, sin presencia de oxígeno y que genera menos calor. En este orden de ideas, tenemos que al prender el mechero, sin oxígeno, se observó que en la llama se apreciaban 3 diferentes zonas factibles de diferenciarse en atención a la coloración adoptada, así tenemos: ZONA 1 – ZONA SUPERIOR: Coloración: Amarilla o anaranjada y en mayor proporción. ZONA 2 – ZONA MEDIA: Coloración: Transparente y en mediana proporción. ZONA 3 – ZONA INFERIOR: Coloración: Azul y en una muy pequeña proporción - Llama no luminosa Al respecto tenemos que la llama no luminosa se genera a partir de una combustión completa, con presencia de oxígeno y que genera más calor. Tenemos que al prender el mechero, con oxígeno, se puede apreciar en la llama la presencia de una coloración azul en mucha mayor proporción (por no decir casi en su totalidad) y un color amarillo o anaranjado en la zona superior pero de muy pequeña proporción. ESTUDIO DE LA LLAMA a. Determinar cuál llama es más caliente. Porcelana - Llama luminosa Al colocar la porcelana en la llama luminosa se observa que al poco tiempo la porcelana adopta una coloración negruzca, esto se debe a que presenta partículas de hollín producto de la combustión incompleta. - Llama no luminosa Al colocar la porcelana en la llama no luminosa, se observa que el hollín producido en la experiencia con la llama luminosa ha desaparecido. Al cabo de unos segundo se observa que la porcelana comienza a adopta una tonalidad naranja brillante. Resultado: Se concluye que la llama más caliente es la llama no luminosa ya está logra que la porcelana logre llegar a una temperatura alta en menor tiempo comparado con la experiencia con la llama luminosa. Alambre de micrón - Llama luminosa Se sostiene el alambre acoplado a una varilla de vidrio para crisol para luego ser colocada en la llama luminosa y a 3cm del tubo quemador, se deja unos segundos y se logra apreciar que en el alambre comienzan a aparecer partículas de hollín (combustión incompleta), luego el alambre se torna de color naranja, al cabo de unos segundos más se logra distinguir un gran brillo en este. - Llama no luminosa Se realizan los mismos pasos iniciales de la experiencia anterior salvo que en este caso se utiliza la llama no luminosa. Al apreciar este nuevo procedimiento podemos observar que el hollín ha desaparecido (combustión completa), luego se aprecia que el alambre se torna de color naranja brillante pero el tiempo que le toma llegar a una temperatura alta es menor si se la compara con la llama luminosa. Resultado: Se puede concluir de las dos experiencias que la llama no luminosa tiene mayor temperatura que la luminosa. Fósforo - Llama luminosa Introducimos un alfiler a unos milímetros de la cabeza del palito de fósforo, luego se coloca en la parte central del tubo quemador del mechero. Se abre la llave de gas del mechero con la entrada de aire del mechero cerrada y se enciende un fósforo a unos 3 cm del tubo quemador de modo que la llama del fósforo encendido no encienda el fósforo con el alfiler. Encendido el mechero se observa que el palito de fosforo atravesado con el alfiler no se ha encendido debido a que en la donde se encuentra la zona fría de la llama, ya que ahí se encuentran los gases sin combustionar por ende no existe combustión alguna. - Llama no luminosa Análogamente hicimos lo mismo pero usando la llama no luminosa, observando que el palito de fósforo tampoco se prende. Resultado: Al realizar las experiencias con el palito de fosforo atravesado con alfiler se ha observado que en ningún caso se ha encendido, por ende, no se podría determinar cuál llama es más caliente ya que en la zona que se realizó las 2 experiencias es la llamada “zona fría” la cual tiene gases sin combustionar (no existe combustión). b. Probar la existencia de zonas sin combustión Tubo de vidrio Si colocamos un tubo de vidrio en el centro del mechero formando un ángulo de 45º con la horizontal y colocamos un fósforo encendido al otro lado del tubo , notaremos que al abrir la entrada de aire el gas recorrerá todo el tubo y conseguiremos la misma llama del otro lado del tubo pero si levantamos el tubo de vidrio en la zona del cono interno la llama se apagara además si regulamos la entrada del aire se observa que la llama disminuye a medida que se cierra la entrada de aire. Resultado: Tanto como en el experimento realizado con la llama luminosa y no luminosa se observó que en ambos casos al colocar el tubo de vidrio en el tubo quemador del mechero de Bunsen este muestra que la llama se prolonga al extremo del mismo, pero al elevar el tubo de vidrio hasta la zona del cono externo se observa que inmediatamente la llama que se prolonga al extremo del mismo se apaga. Por lo cual se concluye que la zona sin combustión se encuentra en el cono externo. c. Determinar la zona más caliente Rejilla metálica - Llama luminosa Se sostiene la rejilla metálica horizontalmente a unos 3cm de la parte superior del tubo quemador, al observar unos segundos se logra apreciar que la parte que directamente está en contacto con la llama se torna de color naranja, luego colocamos gradualmente la rejilla en el cono interno de la llama y se observa que la llama se torna de color blanco en la parte central de la rejilla salvo el borde de la llama que se aprecia de color naranja similar a la de un anillo de fuego, esto sucede porque en esta hay menor poder calorífico (cono interno) - Llama no luminosa Se realizan los mismos pasos iniciales de la experiencia anterior salvo que en este caso se utiliza la llama no luminosa. Al observar este nuevo procedimiento podemos decir que lo sucedido es similar a la experiencia con la llama luminosa salvo que el tiempo en que le toma a la rejilla ponerse de color naranja es menor comparado a la experiencia realizada en la llama luminosa. Resultado: Se puede concluir de las dos experiencias que la zona con mayor poder calorífico en ambos procedimientos está en el cono externo de la llama. Cartulina - Llama luminosa Se coloca unos segundos la cartulina húmeda en la mitad del mechero de tal forma que la cartulina parta en dos la llama (no se debe quemar la cartulina). Al retirar la cartulina se puede apreciar que la llama ha dejado una huella en la cartulina. - Llama no luminosa Repetimos el mismo procedimiento que en la experiencia anterior salvo que en este caso usamos la llama no luminosa como fuente de calor. Al retirar la cartulina apreciamos que la llama ha dejado una huella que muestra una división. Resultado: Podemos determinar que la zona con mayor poder calorífico en ambos casos se encuentra en el cono externo, esto queda más claro al usar la llama no luminosa porque la huella que se observa tiene la forma del contorno de la llama o cono externo. d. Zona de la llama reductora y oxidante Lámina de Cobre - Llama luminosa - Debemos indicar que al colocar el cobre en la llama luminosa (sin oxígeno), observamos que en el cono interno la llama que envuelve el cobre adopta una tonalidad verdosa y presenta hollín, esto se debe a la combustión incompleta. - Llama no luminosa En este extremo se debe precisar que al colocar la lámina de cobre en la llama no luminosa (con oxígeno) se observa que el cobre retoma el color, esto se debe a la combustión completa. Resultado: Podemos concluir en ambas experiencias la zona reductora se encuentra en el cono interno de la llama y que la zona oxidante está en el cono externo que es la zona con mayor poder calorífico. e. Temperatura de la llama NaCl Al colocar una pizca de NaCl en el tubo de ensayo y exponerlo durante un minuto a la llama no luminosa en su parte de mayor temperatura (cono externo) notaremos que el NaCl empieza a volverse líquido y al alejarlo del mechero después de unos segundos empieza a solidificarse. V. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la zona oxidante y cuál la reductora? ¿Por qué? En la parte inferior del cono los gases todavía no se han inflamado y en el cono mismo hay zonas donde la combustión todavía no es completa por lo que se tiene una zona reductora de la llama siendo esta la zona de menor temperatura en la llama. La zona oxidante es la zona que está más alejada del mechero, también es rica en oxígeno, en esta zona se obtendrá una temperatura muy alta. 2. ¿Por qué existen partes más calientes y más frías en la llama? El cono externo de la llama tiene una alta temperatura, debido a que en esta zona hay abundancia de oxígeno y el gas combustible se mezcla completamente con este, despidiendo energía en forma de luz y color. En el caso de la zona fría y cono interno la temperatura es menor porque no hay suficiente oxígeno para que el gas combustible se pueda mezclar por completo. Debido a eso hay una menor disipación de calor y por consiguiente una temperatura menor que la del cono externo. 3. Señale tres razones por las que se debe usar la llama no luminosa. - Se demostró que la llama no luminosa tiene un mayor poder calorífico que la llama luminosa, lo que permite que el tiempo de reacción se logré a una mayor velocidad. - La llama luminosa genera partícula de hollín sobre la superficie del objeto al calentar, esto no se observa en el caso de la llama no luminosa. - En llama no luminosa se da la reacción de combustión completa que es la que permite una mayor optimización y eficiencia del combustible a usarse. 4. ¿Qué se demuestra al colocar una cartulina horizontalmente en medio de la llama? Tomamos como base las experiencias realizadas con la cartulina para demostrar la existencia de zonas calientes y zonas frías. Esto se puede observar si colocamos la cartulina en la parte inferior de la llama, que comprende la zona fría, al observar podemos apreciar que el área expuesta no se verá muy afectada, es decir, solo una parte de la zona mencionada estará quemándose, pero la mayor parte no. En cambio, si lo elevamos horizontalmente hasta llegar al cono externo de la llama, podremos notar que el papel comienza a quemarse desde la zona expuesta a la llama hasta sus alrededores. Por otro lado, queda demostrado en la experiencia con la llama luminosa que el cartón presenta partículas de hollín, esto se debe a la combustión incompleta. Al repetir la misma experiencia con la llama no luminosa observamos que no presenta ningún residuo de hollín, esto se debe a la combustión completa que presenta. VI. CONCLUSIONES - Que la función del mechero de bunsen es de suma importancia en los laboratorios. - La llama luminosa es propia de la combustión incompleta emite luz porque contiene partículas sólidas que se vuelven incandescentes debido a la temperatura alta que soportan mientras que en la llama no luminosa es propia de la combustión completa en donde no hay partículas incandescentes y tienes más calor y energía que la anterior mencionada. - Hemos aprendido a reconocer las zonas de la llama (la zona fría, la zona interna y la zona externa) a través de los experimento realizados en esta práctica. - Aprendimos a reconocer la zona más caliente o de mayor temperatura de la llama a través del experimento con rejilla metálica. - Reconocer las zonas de la llama reductora y la zona de llama oxidante debido a la mayor presencia de oxígeno en el cono externo, esta será la zona oxidante, mientras que el cono interno por su insuficiencia será la zona reductora. VII. RECOMENDACIONES - Ponerse el mandil, lentes de seguridad y guantes antes de entrar al laboratorio para evitar cualquier accidente. - Utilizar adecuadamente los materiales según cada experimento como por ejemplo, en el caso de la utilización de las pinzas con el tubo de ensayo que es necesario para evitar quemarse al exponer el tubo a la llama. - Antes de utilizar el mechero, asegurarse cuál es la tubería que suministra el gas y que la manguera esté bien conectada. - No enrolle la manguera de hule alrededor del mechero. - El mechero deberá ser manipulado por una sola persona. - Encienda el cerillo antes de abrir la llave que suministra el gas. - Encender un fósforo teniendo la precaución de hacerlo alejado del cuerpo. - Acercar el fósforo encendido a unos 5 cm por encima de la boca del mechero y en simultáneo abrir la llave de salida de gas, en ese momento se forma una llama de color amarillo. - Una vez finalizado el uso del mechero simplemente cerrar la llave de salida de gas y luego cerrar el ingreso de aire en el mechero.