Modificado

REPORTES Y CONSULTAS DE LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA

J. Sebastián Ortiz P. Ingeniería en Alimentos. Prof. Dra. Ema N. Moreno

2014 1-S

Modificado

PRACTICA 1

Calentamiento: mechero y llamas

Objetivos

Conocer el funcionamiento del mechero, analizar las partes de la llama para determinar su aplicación.

Objetivos específicos

Identificar los distintos tipos de mecheros, y reconocer sus partes. Ejercitar el manejo y revisar el sistema operacional del mechero Bunsen.

Realizar un estudio práctico de la llama y establecer un análisis físico y químico.

Marco teórico

La combustión, en es un proceso de oxidación muy rápido. Generalmente ocurren en contacto con el aire de donde se obtiene el comburente, el oxígeno (Brown, 2004). El estudio de la combustión se puede remontar a los orígenes de nuestra civilización. La combustión fue la primera reacción química que usó el hombre (Valiente, 2001). El uso de la llama es principalmente hoy una fuente de energía para generar escenarios termodinámicos que permiten el desarrollo de reacciones entre sustancias, así como la producción de calor e iluminación.

Los combustibles son las sustancias que, una vez alcanzado un nivel de energía necesario, llamado mínimo de ignición, pueden generar una reacción en cadena, de manera suficientemente rápida para sostenerla en el tiempo. Generalmente utilizamos hidrocarburos como combustibles, puesto que estos liberan la energía suficiente para mantener el proceso; también por su relativa abundancia en la Tierra. Diferentes sustancias tienen diferentes puntos de ignición así como varias temperaturas de combustión (Powers, 2012). El magnesio, por ejemplo, tiene una temperatura de ignición de aproximadamente 473 °C, mientras quema a aproximadamente 3100 °C.

La llama es la parte visible de una combustión (Wikipedia: The free encyclopedia, 2014). Lo que observamos son rayos de luz, o sea ondas electromagnéticas en el espectro visible, emitidas por los electrones de lo combustibles en sus transiciones entre orbitales.

EL mechero de Bunsen surge como una solución para obtener combustiones limpias, completas, que no produzcan hollín, y den como resultado una llama no luminosa y con mayores temperaturas. El quemador tiene unas entradas de aire basadas en el

Modificado

principio de Venturi, que tienen como efecto lograr una mezcla óptima de combustible y comburente.

Materiales

I. Vela de cera II. Mechero de alcohol III. Magnesio IV. Tubo de vidrio V. Malla de amianto

VI. Cerillos VII. Pinza de cresol

VIII. Mechero Bunsen

Materiales y reactivos Vela de cera: La vela de cera es un instrumento para realizar combustión que está construido a base de una estructura del propio combustible, en este caso la parafina. Cuenta con una mecha que atraviesa su centro alargado, generalmente, de tal manera que con el consumo gradual del combustible, y la fusión de las partes más próximas a la llama, esta va acumulándose hacia la base.

La parafina es un derivado del petróleo, un hidrocarburo, alcano, muy estable y por esto su nombre, que proviene de una raíz del latín, que quiere decir que no tiene afinidad. Esta característica de la parafina hace que hoy en día sea un compuesto estudiado para aplicaciones de fisioterapéuticas y de estética (Estética y negocios, 2010). También se lo utiliza comúnmente como aditivo en dulces y en alimentos como cobertura de quesos y, desde luego, en los crayones. Es sólida generalmente a temperaturas de hasta 37°C.

Mechero de alcohol: El mechero de alcohol es también un instrumento utilizado para generar una combustión estable y sostenida en el tiempo. Generalmente se utiliza en laboratorios o ambientes dedicados a la manufactura o transformación de sustancias. Utiliza combustible el alcohol, generalmente etílico y desnaturalizado. El alcohol es un

Modificado

compuesto orgánico con una cadena de hidrocarburo unido a un grupo hidroxilo (OH). Se lo desnaturaliza para darle un sabor no deseable.

Mechero bunsen: El mechero de bunsen es un dispositivo creado para realizar combustiones controladas de mezcla de gases. Se pueden obtener combustiones completas utilizando las compuertas de aire en la base. Tiene una entrada de gas con una válvula previa.

Magnesio: El magnesio es un metal alcalino del grupo 2. Tiene una densidad de 1,738 g/cm3. Su punto de ebullición es de 1.091 °C. Es químicamente muy activo

*

Las combustiones, en general, se pueden clasificar como completas e inpcompletas. Siguiendo la siguiente ecuación:

Completa: CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O

Incompleta: 4CH4 + 7O2 --> 2CO + 2CO2 +8H2O

Las lamas de combustión completa no tienen incandescencia. Ya que la mezcla es la adecuada y no se producen otras sustancias, que el vapor de agua y el CO2, no hay partículas que irradien luz blanca-amarilla por altas temperaturas.

Procedimiento para la práctica de la vela y mechero

a) Encender una “vela de cera”. Considerar el tiempo, esfuerzo u otro, empleado en esta acción, y aportarlos en la tabla de datos adjunta.

b) Apagar la vela con un soplo para la formación de un velo o franja de humo; y acercarle inmediatamente una llama de palo de fósforo; obsérvese y anote. Fig. 1.1B

c) Encender un mechero de alcohol. Anotar los detalles pedidos en la tabla.

Modificado

d) Encender el mechero de gas, y anotar todo detalle de esta acción. Advertir que al mover un dispositivo la llama cambia su coloración.

e) Examinar las partes del mechero de Bunsen. Revisar las válvulas para identificar cual es la que permite el paso del gas y cuál es la que permite el paso del aire.

Procedimiento para la práctica de las llamas

a) Cerrar la entrada de aire de un mechero de Bunsen, y abrir ligeramente la del gas, e inmediatamente acerque la llama de un fósforo en la parte superior del mechero y siga abriendo lentamente el paso del gas hasta obtener una llama en el mechero.

b) Analizar el aspecto de la llama formada con la entrada de aire cerrada; y recuérdela como Llama 1. Anote sus apreciaciones.

c) Abrir entrada de aire del mechero y analizar el aspecto de la llama que forma; regístrela como Llama 2. Anote sus observaciones.

d) Insertar en el centro de la “boca” del mechero con Llama 2, el extremo de un tubo de vidrio pequeño; y, acerque la llama de una vela en el otro extremo del tubo; véase Fig. 1.2.

e) Introducir un pedazo de cinta de magnesio en un Llama 1 con ayuda de una pinza y registre el tiempo que emplee para lograr su combustión.

f) Usar otro pedazo de magnesio en una Llama 2. Introducirla primero en la zona más pequeña o cono inferior. Luego de 20 segundos llévela a la zona más extensa o cono superior. Después de otros 20’’ pásela a la zona intermedia. Anote sus apreciaciones.

g) Sostener con una pinza una malla de amiento sobre una Llama 1 durante 3 minutos. Retire y observe la malla. Repetir con una Llama 2 y anotar lo observado. Véase Fig. 1.3.

Cortado de varillas

a) Medir 40 cm en un tubo de vidrio y hacer una marca transversal. b) Rayas con una lima en la marca del tubo. c) Sujetar con dos manos el tubo colocando franela y los dos pulgares

atrás de la fisura. d) Realizar una pequeña fuerza para que los pulgares ejerzan presión en

la incisión, al mismo tiempo que sus manos tiran hacia los extremos. e) Rayar más profundo si no se rompió el tubo, y repita c) y d).

Modificado

Estirado y doblado de varillas

a) Sujetar por los extremos un tubo de 40 cm.

b) Girar la varilla e introducir su parte media en la zona más caliente del mechero con Llama 2. Nótese un estado incandescente.

c) Mantener el tubo en calentamiento –sin dejar de girar- hasta cuando pierda su rigidez; para luego estirar desde los extremos fuera de la llama y lograr un diámetro muy fino en su parte media.

d) Sujetar por extremo delgado el tubo obtenido en paso c); hacer girar caliente su parte cercana al otro extremo, hasta que comience a doblarse por gravedad; avance unos milímetros la llama sobre el tubo, siempre girando y permita seguir doblando por gravedad.; continúe avanzando la parte incandescente y doblando hasta obtener un ángulo de 45° aproximadamente. Observe Fig.

Observaciones

Las llamas 1 y 2 difirieron en colores. Amarillenta rojiza la Llama 1 y Azulada la Llama 2.

Figura 2. Llama 1 y 2

Modificado

Presentan colores y temperaturas distintas.

La luz amarillenta-rojiza es debida a la incandescencia de partículas de carbono.

La luz azulada es debida a un espectro electromagnético conocido como Swan, que es particular en los hidrocarburos y radicales del carbono, en un estado alto de excitación.

Una llama de combustión completa presenta 2 fases claramente visibles y una interfase reductora donde las temperaturas son mayores.

En la el cono interno la combustión no ha sido efectuada y la forma viene dada por los gases que están saliendo. La siguiente fase visible es de menor temperatura y menos luminosa. En la zona interconal tiene lugar la combustión completa y la emisión de los rayos luminosos más intensos.

Al insertar un tubo de vidrio en la parte central del mechero y poner una llama en el extreme, se logra iniciar una combustión también. El motivo es que se toma gases sin combustionar del cono interno y estos crean otra chimenea al final del tubo.

La tira de magnesio toma mayor tiempo en combustionar con la Llama 1 porque esta es menos caliente que la Llama 2. Al haber una mayor diferencia de

Modificado

temperatura, el tiempo en llegar al punto de ebullición, el magnesio, es menor. Entonces se obtiene una liberación de vapores más rápido y estos permiten una combustión.

La Llama 2 genera un color más intenso hacia el blanco brillante. Esto se debe a las elevadas temperaturas de la Llama 2 en comparación con la Llama 1. La radiación térmica es una función de la temperatura y los colores en el rango de los blancos y amarillos claros se deben a temperaturas mayores del cuerpo.

Los ingredientes necesarios para una combustión son el combustible, comburente, energía de activación y la reacción en cadena.

La incandescencia es el fenómeno mediante el cual los cuerpos que han absorbido mucha energía térmica empiezan a irradiar en el espectro electromagnético visible su radiación térmica que en temperaturas menores es infrarroja.

La llama es una parte visible de una llama; ya sea la incandescencia de las partículas producto de una combustión incompleta, así como la luz emitida por las altas energías de combustión de los enlaces de los radicales del carbono.

Conclusiones

La combustión es un fenómeno muy complejo que no entendemos por completo. Mediante algunos cálculos y experimentos conocemos las sustancias y productos involucrados. Con este conocimiento sabemos que para una combustión limpia y menos tóxica para la salud, es necesario realizar una correcta mezcla de los gases. La llama de una mezcla bien realizada llega a temperaturas mayores y permiten hacer más experimentos.

Modificado

Recomendaciones

La incandescencia nos permite conocer en muchos casos que un objeto está a una elevada temperatura. Al aplicar una llama podemos utilizar los principios de la incandescencia para saber que estamos en la zona más caliente de una llama. En el laboratorio nos es útil conocer las propiedades de la llama para poder aplicar diferentes temperaturas a nuestros experimentos.

El calor emitido en la reacción exotérmica es muy útil para diferentes aplicaciones, científicas, industriales, comerciales o caseras. El estudio de los diferentes fenómenos de la combustión representará siempre una oportunidad para generar nuevos conocimientos que permitan entender mejor el fenómeno.

Bibliografía Brown, T. L. (2004). Química. La ciencia central. Pearson.

Estética y negocios. (2010). ¿Qué es y para qué sirve la parafina?

NACIONES UNIDAS. (2011). SISTEMA GLOBALMENTE ARMONIZADO DE CLASIFICACIÓN Y ETIQUETADO DE PRODUCTOS QUÍMICOS (SGA) (Cuarta edición revisada ed.). Nueva York y Ginebra. Obtenido de http://www.esteticaynegocios.com.ar/ver.php?id=1053

Powers, J. M. (2012). Fundamentals of combustion. University of Notre Dame: Department of Aerospace and Mechanical Engineering.

Valiente, A. (2001). Problemas de Balance de Materia y Energía. Balderas: Limusa.

Wikipedia: The free encyclopedia. (2014). Flame. Obtenido de http://en.wikipedia.org/wiki/Flame