CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS

FREDUAR CAMILO PLAZAS SILVAJUAN CARLOS ACOSTA RAMÍREZ

YESID HURTADO MENZA

UNIVERSIDAD DEL CAUCAINGENIERÍA AGROPECUARIALABORATORIO DE QUÍMICA

POPAYÁN2010

RESUMEN

En la naturaleza existen principalmente tres estados de la materia llamados sólido, líquido y gaseoso. Se considera que existe un cuarto estado llamado plasma. En nuestro segundo laboratorio realizamos varios procedimientos que nos ayudaron a conocer los diferentes cambios de estado, denominados también cambios físicos, de algunos compuestos y elementos. Aquí diferenciamos entre sublimación, sublimación regresiva, fusión, solidificación y evaporación.

Además de esto, diferenciamos entre un cambio físico, como los anteriormente descritos, y un cambio químico. En una reacción química se conserva el número de átomos y la masa original, pero se redistribuye el material en nuevas estructuras obteniendo sustancias diferentes a las iniciales. Estas nuevas sustancias dependen de las condiciones bajo las que se lleve a cabo la reacción, sin embargo hay ciertas cantidades siempre constantes como el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

Finalmente destacamos las diferentes técnicas de trabajo y cuidados al realizar reacciones químicas, pues en el laboratorio se trabaja con sustancias peligrosas que deben tener un cuidado especial a la hora de manipularlos.

DATOS

Utilizando los diferentes materiales, reactivos y equipos planteados en el “Manual de prácticas química básica” realizamos en el laboratorio los siguientes procedimientos:

En los gases, las moléculas que los componen, están muy dispersas y se mueven libremente sin presentar ninguna resistencia a los cambios de forma y muy poca a los cambios de volumen. Producto de esto, un gas no confinado tiende a difundirse de manera indefinida aumentando su volumen y disminuyendo su densidad.Observamos cómo un sólido se trasforma en gas así: colocamos en un vaso de precipitado dos granos de cristales de yodo, luego de esto tapamos el vaso con una cápsula de porcelana que tenía en su interior trozos de hielo. Calentamos esto con la plancha de calentamiento a 150 °C, observamos que estos granos desaparecieron desprendiendo un gas de color morado al interior del vaso; este proceso es denominado sublimación. Por el enfriamiento en la parte superior causada por el hielo, el yodo formó una sustancia solida como unas pequeñas láminas transparentes pegadas a la cápsula; esto es denominado sublimación regresiva. Al retirar la cápsula de porcelana y dejarla en reposo observamos al cabo de cierto tiempo que el yodo volvió a desaparecer en el aire presentando nuevamente un proceso de sublimación. Añadimos, además, que el hielo en la cápsula de porcelana realizó un proceso de fusión.

En el segundo proceso trabajamos con la parafina, una sustancia en estado sólido. Los sólidos se caracterizan por presentar resistencia a cualquier cambio de forma debido a la fuerte atracción que se presenta entre las moléculas que los constituyen. Observamos que al calentar el trozo de parafina, ésta se derrite y pasa a un estado líquido. Este proceso se denomina fusión. Al permitir que la parafina regrese a temperatura ambiente observamos que recupera su estado inicial al sufrir un proceso de solidificación.

TABLA DE CALENTAMIENTODEL ETANOL Y EL AGUA

La materia en estado líquido cede ante los cambios de forma porque sus moléculas pueden moverse libremente unas con respecto a otras, sin embargo su atracción molecular es suficiente para resistirse a las fuerzas que pretenden cambiar su volumen. En este experimento manipulamos dos líquidos de la siguiente manera: llenamos un vaso de precipitados con agua hasta su parte media. En su interior introducimos un tubo de ensayo con etanol y una perla de ebullición sometiendo esta estructura a calentamiento.Observamos que el punto de ebullición del etanol (75 °C aprox.) es inferior al del agua (97 °C aprox.), a pesar de que el agua alcanza mayores temperaturas más rápidamente. Esto sucede debido a que el etanol es más volátil que el agua y forma menos enlaces de hidrógeno por puente que los que forma el agua. La temperatura real de ebullición del etanol es 78,5 °C y su densidad es 0,789 a 20 °C.

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TIEMPO (S)TEMPERATURA

ETANOL(°C)TEMPERATURA DEL AGUA (C°)

0 27 27+30 31 32+30 33 37+30 37 41+30 40 44+30 43 49+30 46 52+30 50 55+30 52 58+30 56 61+30 59 65+30 60 65+30 63 68+30 65 70+30 68 72+30 70 72+30 72 74+30 73 77+30 75 80+30  76 85+30  76 88+30   92+30   95+30   97

Al observar el primero de los cambios químicos conectamos, con una manguera, dos tubos de ensayo con desprendimiento lateral. En uno de ellos agregamos solución de ácido clorhídrico concentrado y una granalla de zinc e inmediatamente tapamos los tubos con el objetivo de atrapar el gas que se desprende de ésta reacción en el segundo tubo de ensayo. Esta sustancia presenta un color lechoso. Al cabo de un minuto destapamos uno de los tubos acercando la boca del tubo a la llama del mechero y no apreciamos ninguna reacción debido, seguramente, a una deficiente conexión de la estructura. Con una correcta realización del procedimiento, presenciamos desprendimiento de hidrógeno que es un gas altamente inflamable el que se almacena en el segundo tubo que al destaparlo y acercar a la llama se consume ocasionando un sonido al reaccionar con ella.

Concluida esta reacción agregamos agua de cal en un tubo de ensayo y, con una pipeta, burbujeamos aire al líquido observando una coloración lechosa en él, además de burbujas en el fondo del tubo.

Finalmente, al combinar el permanganato de potasio con el peróxido de hidrógeno, en la sustancia no se observa un cambio notable, pero al agregar el ácido sulfúrico, el compuesto reacciona de forma violenta desprendiendo gases que ocasionan una segunda reacción en el palillo en punto de ignición, avivando la combustión por causa del oxígeno presente y produciendo óxido de manganeso IV, sulfato de potasio, oxígeno y agua. Finalizada esta reacción, la sustancia presenta una coloración café con un precipitado color negro.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Experimento N° 1: En este experimento observamos un cambio físico denominado sublimación que consiste en el paso de un elemento (Yodo: I) o sustancia en estado sólido a estado gaseoso. Además observamos en la base de la cápsula de porcelana, un proceso de sublimación regresiva que es el inverso de la sublimación.

Experimento N° 2:Aquí apreciamos que la parafina sólida, al contacto con el calor sufrió un cambio de estado denominado fusión, al pasar al estado líquido. Este proceso es un cambio físico.

Experimento N° 3:En esta ocasión observamos el punto de ebullición y su consecuente evaporación (cambio de estado líquido a gaseoso) de dos líquidos (Etanol y Agua) concluyendo que es un cambio físico ya que no se altera los componentes químicos de las sustancias al igual que en los experimentos 1 y 2.

Formula química del etanol o alcohol etílico: CH3-CH2-OHFormula química del agua: H2O

Experimento N° 4:Este es el primer experimento en el que observamos un cambio químico debido a que se presenta una alteración en los componentes químicos presentes en la etapa inicial.

Formula química de la reacción: 2HCl (ac) + Zn (s) H2 (g) + ZnCl2 (ac)

Ácido clorhídrico + zinc dihidrógeno + cloruro de zinc Esta reacción describe un proceso oxido-reductor. El Zn se oxida desde 0 a +2 y el H se reduce desde +1 a 0 por lo tanto el Zn actúa como reductor y el H oxidante.

Experimento N° 5:En esta reacción el agua de cal reacciona con el gas carbónico exhalado generando una coloración lechosa con presencia de pequeñas burbujas al interior del líquido. Esta es una reacción química.

Fórmula química de la reacción:Ca(OH)2 (ac) + CO2 (g) CaCO3 (s) +H2O (l)

Hidróxido de calcio (Agua de cal) + dióxido de carbono carbonato de calcio + agua

Experimento N° 6:La última de las reacciones químicas es llamativa debido al efecto que causan los gases desprendidos en el palillo en punto de ignición. Es una reacción algo violenta por lo que se realizo con especial cuidado.

Formula química de la reacción:2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2O2 2MnO2 + K2SO4 + 5O2 + 8H2O Permanganato de potasio + peróxido de hidrógeno + ácido sulfúrico oxido de manganeso 4 + sulfato de potasio + oxígeno + agua

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Al medir la temperatura del etanol apreciamos que su punto de ebullición fue diferente al punto definido científicamente que es 78,5 °C. Cuando nuestra muestra de etanol alcanzó el punto de ebullición, el termómetro registró una temperatura de 75 °C. como se puede apreciar, existe una gran diferencia entre el punto de ebullición real y el experimental. Esta diferencia se ve afectada por algunos factores como la altura sobre el nivel del mar del lugar del experimento y la presión atmosférica, ya que a mayor altura se registra menor presión atmosférica y en consecuencia hay una disminución en el punto de ebullición.

En la realización de cualquier actividad de laboratorio se deben tener en cuenta muchas precauciones y elaborar cada paso cuidadosamente y de la mejor manera para obtener los mejores resultados y evitar fallos como el presenciado en el primer experimento químico en el cual no obtuvimos acertadamente el efecto esperado.

Cada sustancia o elemento presenta una reacción diferente al ser sometida al contacto con otra dadas sus características químicas. Por ejemplo, al reaccionar el permanganato de potasio, el peróxido de hidrógeno y el ácido sulfúrico, observamos un comportamiento muy diferente al de las otras reacciones que fueron muy calmadas.

CONCLUSIONES.

Al realizar una reacción, siempre debemos tener en cuenta que en ella no participan únicamente las sustancias o elementos empleados, sino que además se presentan reacciones con el oxígeno presente en la atmósfera, y que en un medio vacío las reacciones no se producirían o tendrían unos efectos y resultados diferentes.

Una reacción química depende de las condiciones bajo las que se desarrolla variando los productos según cambian dichas condiciones, aunque existen cantidades que siempre permanecen constantes en la reacción.

Aunque los principales estados de la materia son sólido, líquido y gaseoso, se considera el plasma como un cuarto estado. El plasma es un conjunto de partículas gaseosas eléctricamente cargadas, con cantidades aproximadamente iguales de iones positivos y negativos.

BIBLIOGRAFÍA.

Bravo Realpe, Isabel; Montalvo Vélez, Liliana; Vargas Jiménez, Luis. “Manual de prácticas química básica para ciencias agropecuarias”, Universidad del Cauca, Facultad de ciencias Naturales, Exactas y de la educación, Departamento de Química, , Popayán 2010; págs. 18 a 20.

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