Preparacin de Informes en formato IEE

LEY PERIODICA ELEMENTOS DEL GRUPO 1, PERIODO 3 Y ELEMENTOS DEL GRUPO 12

Mario Fernando Hurtado Anguloe-mail: mario.hurtado@correounivalle.edu.coJuan Camilo Ospinae-mail: juan.camilo.ospina@correounivalle.edu.coFecha de realizacin: 13 de Febrero de 2015Fecha de entrega: 27 Febrero de 2015

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RESUMEN: Realizando diferentes procedimientos se demostr algunas propiedades fsico-qumicas presentes en algunos elementos del grupo 1, periodo 3 en su forma fundamental, xidos y cloruros observando su apariencia fsica, y su comportamiento frente al agua. Se observa as la variacin peridica de estas propiedades, siendo estas concordantes con lo que se predice la ley peridica atreves de los periodos y los grupos. Por otra parte en cuanto a los elementodel grupo 12 ms especificadamente Zn, se estudian sus reacciones en medio cido y bsico Otras propiedades peridicas se incluyen en este reporte como resultado de consulta literaria.

PALABRAS CLAVE: ley peridica, propiedades fsicas y qumicas, solubilidad

INTRODUCCION

La ley peridica es la base de la tabla peridica Esta ley predice que a medida que se incrementa el nmero atmico, las propiedades qumicas y fsicas de los elementos tienden a repetirse. La tabla, por lo tanto, es una especie esquemaque ordena los elementos qumicos de acuerdo al orden creciente de los nmeros atmicos.Este reporte tiene como propsito la discusin de la variacin de las propiedades fsico qumicas a lo atreves de la tabla peridica, ms especficamente a largo de un grupo y de un periodo de los elementos en su estado fundamental y en diversos compuestos que estos puedan formar tales como sales u xidos estas propiedades se demostraron y observaron a travs de los procedimientos realizados durante la prctica cuyo objetivo principal es el de percatar y familiarizar a los autores con aquellas propiedades fsicas y qumicas fcilmente observables tales como la reactividad en agua, solubilidad, apariencia, carcter acido-bsico, y reacciones sencillas a condiciones acidas y bsicas fuertes como las realizadas en el sulfato de Zn como representante de los elementos del grupo 12.

METODO EXPERIMENTAL

1. ELEMENTOS GRUPO 1 Y PERIODO 3

Los materiales utilizados en esta practica fueron:

- 8 tubos de ensayo grandes- 1 gradilla- 1 espatula- 1 plancha de calentamiento-1 vaso de precipitatdo de 150 mL y dos de 50 mL- 2 vidrio reloj

- 1 propipeta-1 pipeta graduada de 5 mL- 2 cucharas de ignicin- 1 mechero bunsen- 1 probeta de 25 mL- 1 varilla de agitacin.

Se observaron muestras de elementos del grupo 1 del tercer periodo, se report su apariencia y sus caractersticas fsicas visibles.

1.1 REACTIVIDAD FRENTE AL AGUA

Se aadi a un tubo de ensayo 5 mL de agua y se agreg muestras en pequeas cantidades de calcio, posteriormente se repiti el procedimiento usando magnesio, aluminio y azufre Se report cualquier reaccin La reactividad del sodio y el potasio fue demostrada por el docente de manera similar en campana de extraccin. Se midi el carcter acido o bsico en los tubos de ensayo del procedimiento anterior usando como indicador fenolftalena.

1.2 OXIDOS

Se observaron muestras de los xidos de sodio, magnesio, aluminio y azufre, se report sus respectivas apariencias.

1.3 CLORUROS

Se observaron muestras de los cloruros de potasio, magnesio, sodio y aluminio se procedi a reportar sus respectivas apariencias. Se tom con una esptula muestras de los respectivos cloruros y se introdujo cada una de ellas en un tubo de ensayo. Se calent las muestras con la llama de un mechero de bunsen, se examin su carcter voltil poniendo un palillo en llama en la parte superior del tubo y se report lo observado. La muestra de cloruro de magnesio fue secada previamente en una plancha de calentamiento.

2. ELEMENTOS DEL GRUPO 12

Se tom 5 mL de solucin de ZnSO4 2 M y se mezcl con una solucin de NaOH 2 M, la solucin resultante se dividi en tres partes iguales en vasos de precipitado. Al primer vaso de precipitado se le aadi 8 mL ms de NaOH 2 M y se calent suavemente. En el segundo vaso se agreg NH4OH concentrado. En el tercer vaso se adicion 8 mL de HCL 2 M. Se reportaron todas las observaciones.

DATOS Y RESULTADOS

1. ELEMENTOS GRUPO 1 Y PERIODO 3

Tabla 1: Propiedades de los elementosElemento Numero AtmicoAparienciaReactividadIndicador (fenolftalena)Estado FsicoPunto Fusin (K)Punto Ebullicin (K)EstructuraMetal

Calcio20Blanco plateadoSiRosaSolido11151757FCC**Si

Azufre16Polvo AmarilloNoIncoloroSolido388718OrtorrmbicaNo

Aluminio13PlateadoNoIncoloroSolido9332792FCCSi

Sodio11PlateadoSi Violetasolido3711156BCC*Si

potasio19Blanco Plateado Si VioletaSolido3361032BCCSi

Magnesio12Blanco Plateado Si Rosa solido9231380Hexagonal Si

*BCC: cbica centrada en el cuerpo**FCC: Cbica centrada en las caras

Tabla No. 2: Propiedades fsicas y qumicas de los xidos del primero grupo y tercer periodo. xidos EstadoAparienciaVolatilidad

Indicador (fenolftalena)SolubilidadP. Ebullicin (C)

Na2O2Semislido BlancoNo RosaSoluble657

MgOSolidoPolvo blancoNoRosaSoluble3600

Al2O3SolidoPolvo blancoNoIncoloraInsoluble 2980

SO2GasIncoloroSi incoloroalgo soluble-10

Tabla No. 3: Propiedades fsica y qumicas de los cloruros del primer grupo y tercer periodo.Cloruros EstadoAparienciaVolatilidadIndicador (fenolftalena)SolubilidadP. Ebullicin (C)

NaClSlidoIncoloro (Blanco)NoIncoloroSoluble1413

KClSolidoBlanco CristalinoSiIncoloroSoluble1420

MgCl2SolidoIncoloro o BlancoNoIncoloroSoluble1412

AlCl3solidoAmarilloSiincoloroSoluble120

Tabla No. 4: Observaciones reactividad frente al aguaELEMENTO ANTES DEL CALENTAMIENTO DESPUS DEL CALENTAMIENTO PRUEBA DE ACIDEZ

Ca Insoluble en agua Sin desprendimiento de gas. Sigue estando insoluble, pero se puede observar desprendimiento de gas La solucin se torna violeta (Bsico)

Mg Insoluble en agua Sin desprendimiento de gas Se observa liberacin de gas, sigue siendo insoluble en agua.La solucin se torna violeta (Bsico)

Al Insoluble en agua Sin desprendimiento de gas No se observa cambios. No cambia de color (acido)

S Insoluble en agua Sin desprendimiento de gas. Forma una sedimentacin al fondo del tubo. Se observa liberacin de gas, ebulle violentamente, sigue siendo insoluble en agua y la sedimentacin sube a la superficie de la solucin. No cambia de color (acido)

NaSe observa una reaccin instantnea y exotrmica, se solubiliza. Se genera una llama anaranjada.La solucin se torna violeta (Bsico)

KSe observa una reaccin instantnea y altamente exotrmica. No hay presencia de precipitados. Se genera una llama de color magenta.La solucin se torna violeta (Bsico)

Tabla No. 5: Observaciones Cloruros

CLORUROS VOLATILIDAD OBSERVACIONES AL ADICIONAR AGUA PRUEBA DE ACIDEZ

NaCl baja Soluble en agua. No cambia el color al agregarle unas gotas fenolftalena.

KCl Alta Soluble en agua.No cambia el color al agregarle unas gotas fenolftalena.

MgCl2 baja Soluble en agua. Se torna violeta al agregarle unas gotas fenolftalena.

Al2Cl3 alta Soluble En agua.No cambia el color al agregarle unas gotas fenolftalena.

Tabla No. 6 Observaciones Grupo 12REACCION OBSERVACIONES

ZnSO4 + NaOH Se forma un precipitado blanco gelatinoso que se solubiliza al agitar.

Adicionar 8mL de NaOH (2M) El Precipitado reaparece y la solucin al calentarse no sufre cambios de temperatura (T promedio de 70c).

Adicionar NH4OH (concentrado) Al adicionar 90 gotas la solucin se torna incolora.

Adicionar 8mL de HCL (2M) Se forma un precipitado.

DISCUSION DE RESULTADOS

En la prctica, se pudo evidenciar las diferentes propiedades que poseen los elementos de acuerdo a su posicin en la tabla peridica. Para los elementos del grupo 1, los cuales poseen solamente 1 electrn en su capa de valencia. Cuando estos elementos pierden su electrn, forman iones positivos M+, los cuales poseen la configuracin electrnica del gas noble anterior. De acuerdo a los resultados obtenidos en este laboratorio, se puede observar la tendencia que tienen los elementos a ser ms reactivos con el agua a medida que se baja en el grupo. Esta tendencia es debida a que a medida que se desciende en un grupo, la carga nuclear efectiva que siente el electrn mas externo se hace menor, por lo tanto se va a necesitar cada vez menos energa para arrancar ese electrn[footnoteRef:1]. Es por eso que en general, puede comprobar que la energa de ionizacin efectiva en la tabla peridica tiende a decrecer de arriba hacia abajo en un grupo. Tambin se ve involucrado en estos resultados el radio atmico, ya que mientras ms grande sea el elemento menor carga nuclear efectiva va a sentir el electrn de valencia, por lo tanto, se comprueba que el radio atmico aumenta cuando se baja en un grupo. [1: http://www.chemguide.co.uk/inorganic/group1/reacto2.html#top Revisado: 22 de Febrero de 2015]

En todas las reacciones con agua, se liber H2 gaseoso, no en todos se observ ignicin ya que para observar la llama, es necesaria una cantidad especfica de concentracin de H2, por esa razn, si hubo llama no era perceptible al ojo humano.

Para los elementos del periodo 3, se observ que a medida que se recorra el periodo de izquierda a derecha, la solubilidad del elementos disminua en agua, incluso llegando hasta el punto en que el S no se disolvi en agua. Esto es explicable, tambin al efecto que poseen sobre estos la carga nuclear efectiva y la energa de ionizacin. A medida que aumenta Z, tambin aumenta la carga nuclear efectiva, lo cual hace que los electrones estn ms cerca del ncleo. Esto tiene como consecuencia que a medida que se aumenta el nmero atmico, aumenta la energa de ionizacin y disminuye el radio atmico.

Analizando los resultados arrojados por los xidos, se puede observar que los xidos de los elementos metlicos del grupo 3 (Na, Mg) poseen carcter bsico y los xidos de los elementos no metlicos, poseen carcter acido. Esto es debido a que la reaccin de los anteriores forma bases y cidos respectivamente. Los compuestos xidos metlicos, fueron solubles en agua, lo cual nos da informacin valiosa con respecto al tipo de enlace que poseen, inico. El xido de azufre posee enlaces covalente. Cabe resaltar el caso particular del aluminio, ya que al ser insoluble en agua, se trato con muestras de HCl y NaOH, reaccionando con ambas, lo

Cual nos arroja un interesante hecho, que el xido de aluminio es un compuesto anftero.

En cuanto a los cloruros, se pudo comprobar el tipo de estructura que poseen de acuerdo a la prueba de volatilidad, ya que los cloruros de sodio y magnesio no eran muy voltiles, pero los de potasio y aluminio s. Los dos primeros no fueron voltiles, debido a la slida estructura que poseen, la cual permite una gran atraccin entre los cationes respectivos y el ion cloruro. Haciendo que estos posean un alto punto de ebullicin. Los dos ltimos, en especial el cloruro de aluminio, tienen una particularidad, debida a la diferencia de electronegatividad que hay entre los dos iones, no se puede afirmar que posee un enlace inico sencillo. A altas temperaturas, las fuerzas intermoleculares van a ser ms dbiles que a temperatura ambiente, por lo tanto, la molcula va a tener un comportamiento ms covalente, haciendo que sea ms fcil vaporizar el compuesto.

Finalmente, para analizar los compuestos del grupo 12, se le hizo un especial tratamiento al sulfato de zinc, sometindola primero a una reaccin con NaOH para formar un precipitado Zn(OH)2. Este precipitado, a su vez, se lo someti a reacciones con cidos y bases. Comprobando el carcter anftero que posee este precipitado, ya que reacciona tanto con bases fuertes como con cidos.

CONCLUSIONES

- La Carga Nuclear Efectiva es un aspecto muy importante a tener en cuenta a la hora de analizar la periodicidad de las propiedades fsicas y qumicas en la tabla peridica.

- La estructura y el tipo de enlace juega un papel muy importante a la hora de determinar las propiedades fsicas y qumicas que poseen las molculas.

RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS

ELEMENTOS DEL GRUPO 1 Y PERIODO 3

a. Para los elementos escriba las ecuaciones que muestren el producto de reaccionar con el agua.

El azufre y el aluminio no presentan reactividad frente al agua a condiciones normales, aun as se sabe que aluminio reacciona con agua para formar oxido de aluminio, esta es una reaccin muy lenta.

b. Explique lo observado con el palillo de madera.La llama del palillo de ignicin se expanda un poco debido a la presencia de gas combustible como lo es el hidrogeno gaseoso (H2). La liberacin de hidrgeno se debe, a los potenciales normales de los metales alcalinos, ya que estos sugieren que los elementos son susceptibles a ser oxidados por el agua, esto explica lo que se obtuvo con el palillo, el gas de hidrogeno (combustible), hizo que la llama aumentara.[footnoteRef:2] [2: http://www.energiasostenible.net/fundamentos_hidrogeno.htm visitado 20 de Febrero de 2015 ]

c. Para los elementos indique la variacin de la acidez de sus soluciones.

La variacin de la acidez de las soluciones acuosas de los elementos puede ser representada mediante el siguiente esquema:

d. Consulte Cmo varan los puntos de ebullicin de los xidos y los cloruros de los elementos a lo largo del periodo 3 y del grupo 1? Estn relacionados los puntos de ebullicin con la estructura que presenta dichos elementos? Explique.En la tabla 2 y 3 respectivamente, estn consignados los valores de los puntos de ebullicin para los xidos y cloruros del grupo 1 y del periodo 3, en los cuales se puede determinar que efectivamente, la estructura determina que tan grande son los puntos de ebullicin de los xidos y de los cloruros. Por ejemplo, se tiene el caso de los xidos y cloruros con elementos metlicos, estos poseen un alto punto de ebullicin, ya que por su estructura, se hace necesario ingresar ms calor al sistema para poder romper las fuertes atracciones inicas. Los compuestos con elementos no metlicos poseen bajos puntos de ebullicin, debido a las bajas diferencias de electronegatividades, los enlaces de estos son parcialmente covalentes, haciendo que sus fuerzas intermoleculares sean bajas.

e. Consulte la estructura y naturaleza de los elementos estudiados.

La tabla 1.0 muestra el tipo de estructura que presentan los elementos estudiados as como su apariencia y naturaleza (estado fsico, metal o no metal)f. Cules de los xidos de los elementos trabajados forman disoluciones acidas en agua? Cules forman disoluciones alcalinas? Cules son insolubles?El contenido de la tabla 2.0 muestra el cambio registrado de las soluciones acuosas de los xidos frente a fenolftalena como indicador, siendo las soluciones incoloras acidas y las rosa o violetas bsicas.g. Escriba la reacciones de los elementos involucrados en la prctica de sus xidos con agua

h. Para los xidos insolubles en agua escriba las reacciones al adicionar HCl o en NaOH, y explique los resultado.La tabla 2.0 muestra que el xido de aluminio es prcticamente insoluble en agua luego al reaccionar con hidrxido de sodio se tiene:

i. Cmo vara el estado, el carcter acido-base y la estructura de los elementos y de sus xidos a lo largo de un periodo y un grupo?Variacin del estado:

El Estado a medida que vamos avanzando de izquierda a derecha por un periodo y de arriba hacia abajo en un grupo. Pasa de iniciar siendo slido, o terminar siendo un gas.

El pH varia en un periodo de izquierda a derecha empieza bsico y se vuelve acido.

Su estructura varia de izquierda a derecha, empezando con grandes estructuras inicas a la izquierda, y terminando con algo mas pequeas estructuras moleculares covalentes.

j. Cmo vara la frmula, el estado, el pH y la estructura de los cloruros a lo largo del periodo 3 en la tabla peridica?Variacin de la frmula:

Aumenta un cloro a medida que crece el nmero atmico.

Variacin del estado:

Todos siguen siendo solidos a temperatura pero vemos como su carcter inico disminuye a medida que disminuye el tamao del catin.

k. Describa las reacciones involucradas en la produccin de xido de azufre.Oxidacin directa de azufre:

l. Escriba las reacciones de los metales con agua y explique el carcter acido o bsico de sus soluciones anotando su facilidad de disolucin.

Los hidrxidos de sodio, potasio, calcio y magnesio estn disueltos en la solucin en forma de ion metlico e ion hidrxido, el exceso del ion hidrxido es el responsable directo del carcter bsico de las soluciones.El color incoloro atribuido en la tabla 1.0 a la solucin de aluminio se debe a que no hay reaccin la solucin esta neutra, no hay viraje del indicador ya que no se alcanza el rango de viraje de la fenolftalena.

m. Para los cloruros estudiados escriba la formula, nmbrelo, indique el estado de oxidacin del tomo central, el pH de la solucin y concluya cuales son los cambios registrados.

Cloruros Nombre Estado oxidacin tomo central

NaClCloruro de sodio+1

KClCloruro de potasio+1

MgCl2Cloruro de magnesio+2

AlCl3Cloruro de aluminio+3

La tabla 3.0 registra el pH de las solucionesn. Con base en la lectura recomendada, Elements in the history of the peridic table (Rouvray, 2004), indique y argumente cul de las cuatro condiciones necesarias para las construccin de la tabla peridica es ms importante.Es ms importante la primera condicin, ya que a partir de ese punto de quiebre, cuando los cientficos abandonaron esas ideas arcaicas y metafsicas sobre lo que se defina como elemento de la era alqumica, y se concentraron en buscar razones y definiciones ms cientficas, fue que el modelo organizacional de la tabla peridica tuvo un gran desarrollo y un gran avance, complementado tambin por las otras 3 condiciones que vinieron tiempo despus.

ELEMENTOS DEL GRUPO 12

a. Escriba todas las reacciones llevados a cabo.

b. Que precipitado se forma cuando se trata la disolucin de sulfato de zinc con NaOH?, Qu sucede si se adiciona un exceso de NaOH?, Qu especie se forma cuando este precipitado se trata con HCl? Explique la reaccin y nombre los productos.La sustancia de color blanca y espesa observada al mezclar sulfato de zinc con NaOH fue el Hidrxido de Zinc (Zn(OH)2), Debido a la caracterstica anftera del hidrxido de zinc, al adicionarle un exceso de NaOH, el hidrxido de zinc se comporta como cido, formando un complejo de Zinc soluble en agua, llamado zincato.c. Qu especie se forma cuando se trata la disolucin de sulfato de zinc con NH4OH? ConsulteAl igual que con el NaOH, el hidrxido de zinc se comporta como cido para reaccionar con la base NH4OH, para dar origen al mismo complejo nombrado anteriormente.

Zn(OH)2 + 2NH4OH--> [Zn(OH)4]-2 + 2NH4+d. Si existe alguna diferencia en la reaccin entre Zn, Cd y Hg con NaOH de las especies y explique por qu.

Forman el compuesto llamado hidrxido de Cadmio, el cual es un precipitado blanco y es insoluble en exceso de reactivo (NaOH).

En pequeas cantidades de NaOH se produce un precipitado color pardo-rojizo. Al aadir ms reactivo se transforma en oxido mercrico HgO, el cual es de color amarillo , este precipitado es insoluble en exceso de NaOH.e. Escriba la reaccin del ZnSO4 con tiocianato. Investigue que sucedera al mezclar una porcin de la solucin de sulfato de zinc con tiocianato y piridina.

f. Cules son los desechos producidos en esta prctica?

g. Investigue que sucedera si a 5 mL de la solucin de sulfato de zinc previamente neutralizada con NH4OH y calentada se le adicionan 10 mL de la solucin de hidrgeno fosfato de amonio al 10%.

Si se adiciona hidrogeno fosfato de amonio a la solucin de Hidrxido de Zinc se forma el sulfato de zinc que es un compuesto insoluble.h. A partir de la lectura recomendada, explique en qu consiste la ley de las triadas.Johan Dobereiner, fue la persona quien descubri por primera vez el patrn que poseen algunos elementos entre s. Empez estudiando el trio de elementos Calcio-Estroncio-Bario. Gracias a sus investigaciones, Dobereiner fue capaz de demostrar que estos elementos no solo tena caractersticas qumicas y fsicas similares, sino que tambin estos estaban conectados por una relacin matemtica. Dobereiner descubri que el peso del xido de estroncio, era casi exactamente el promedio de los pesos de xido de calcio y de xido de bario. Estos resultados arrojaban que el estroncio, en principio, posea unas propiedades especiales que lo hacan estar ubicado precisamente entre el calcio y el Bario. Despus de esta investigacin vinieron otras con otros tros de elementos: litio-sodio-potasio, cloro-bromo-yodo, y azufre-selenio-telurio, y tambin se pudo comprobar que en esos tros estaba esa misma relacin. Estas relaciones fueron llamadas La ley de las triadas.

BIBLIOGRAFIA

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- ROUVRAY, D. Elemetns in the history of periodic table. Endeavour, 2004, 28, (2),69-74.