Laboratorio Nº 7

INDICE

I. Objetivos pág.

II. Fundamento Teórico pág.

III. Parte Experimental

Experiencia I. DIFERENCIA ENTRE SOLIDO AMORFO Y SOLIDO CRISTALINO pág.

Experiencia II. OBTENCIÓN DE CRISTALES pág.

Experiencia III.CONFECCION DE CELDAS UNITARIAS pág. Experiencia IV.PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS CRISTALINOS pág.

IV. Cuestionario pág.

V. Bibliografía pág.

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I. OBJETIVOS:

Diferenciar entre un solido amorfo y un solido cristalino Obtener cristales y conocer los factores para una buena cristalización Confeccionar empaquetamientos comunes haciendo uso de modelos Determinar algunas propiedades de los sólidos cristalinos

II. FUNDAMENTO TEORICO:

ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

Son las diferentes formas en que la materia se encuentra organizada en la naturaleza.

Son el resultado de la “lucha” entre dos tendencias OPUESTAS :

Sólido cristalino posee un ordenamiento estricto y regular. En un sólido cristalino, los átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas (predecibles).

Sólido amorfo no posee un ordenamiento bien definido ni un orden molecular repetido.

Una celda unitaria es la unidad estructural esencial repetida de un sólido cristalino

En los puntos reticulares: • Átomos• Moléculas• Iones

Celda unitaria Celda unitaria en tres dimensiones

Los tres tipos de celdas cúbicas

Cúbica simple Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras

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Distribución de esferas idénticas en las celdas cubicas

1 átomo/celda unitaria 2 átomos/celda unitaria 4 átomos/celda unitaria (8 x 1/8) = 1 (8 x 1/8 + 1 = 2) (8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4)

Relación entre la longitud de la arista y el radio de los átomos de tres diferentes celdas unitarias

Tipos de cristales

Cristales iónicos• Puntos reticulares ocupados por cationes y aniones• Se mantienen juntos por la atracción electrostática • Duro, quebradizo, punto de fusión alto • Mal conductor de calor y electricidad

Cristales covalentes• Puntos reticulares ocupados por átomos• Se mantienen juntos por enlace covalente• Duro, punto de fusión alto • Mal conductor de calor y electricidad

Cristales moleculares• Puntos reticulares ocupados por moléculas• Se mantienen juntos por fuerzas intermoleculares• Suave, punto de fusión bajo• Mal conductor de calor y electricidad

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Cristales metálicos• Puntos reticulares ocupados por átomos metálicos• Se mantienen juntos por enlaces metálicos• Blando a duro, punto de fusión bajo a alto• Buen conductor de calor y electricidad

CONDICIONES DEL LABORATORIO Temperatura : 21,0 ºC Presión manométrica : 742,0 Torr

III. PARTE EXPERIMENTAL:

Experiencia I. DIFERENCIA ENTRE SOLIDO AMORFO Y SOLIDO CRISTALINO

MATERIALES:

Para la realización de este experimento se requiere del uso de un pedazo de brea, un pedazo de plástico (termoplástico), y uno de parafina, un trípode, un mechero de Bunsen, y una lata pequeña y pinzas.

PROCEDIMIENTO:

Se toma el trozo de brea y se le coloca sobre la lata. La lata se colocara sobre el trípode, el cual esta ubicado sobre el mechero. Se somete a un calentamiento suave.

Se procederá de igual manera para el pedazo de plástico y la parafina

OBSERVACIONES:

Al someter al calentamiento suave, el trozo de brea comenzó a fundirse rápidamente, cambiando su apariencia a un líquido espeso de color negro.

Al calentar el termoplástico, la fundición de este ocurrió lentamente, cambiando también de apariencia a un cuerpo chicloso.

Al momento de exponer la parafina al calor producido por el mechero se observa que esta se funde mas rápido que las otras dos sustancias

RESULTADOS:

Velocidad de Velocidad de Velocidad de fusión del < fusión de la < fusión de la plástico brea parafina

CONCLUSIONES:

Después de ejecutar esta experiencia se puede llegar a la conclusión de que se puede demostrar que los sólidos amorfos no tienen un intervalo de temperatura de fusión definido.

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RECOMENDACIONES:

Para el calentamiento se debe someter al calor del mechero de manera lenta para que se pueda observar con mayor claridad los cambios que ocurren de manera simultánea entre las sustancias en exposición.

Sostener con seguridad la lata que contiene las sustancias para evitar quemaduras y otros accidentes que se puedan presentar.

Experiencia II. OBTENCION DE CRISTALES 2.1 A partir de una solución sobresaturada:

MATERIALES:

Para que los resultados de esta experiencia sea de manera satisfactoria se necesita de una solución acuosa de CuSO4, un mechero de Bunsen y una caja petri pequeña

PROCEDIMIENTO:

Se toma con las pinzas el tubo de ensayo que contiene la solución. Se somete a un calentamiento suave hasta que se disuelva totalmente. Se deposita la solución formada en la caja petri para su cristalización, cristales

CuSO4.5H2O Se toma el tiempo cada 15 minutos hasta que se observen los cristales ya citado

en el ítem anterior. Una vez formado los cristales se lleva al microscopio para observar la estructura

que estos presentan.

OBSERVACIONES:

Después de un cierto tiempo se pudo observar la formación parcial de los cristales.

Al llevar al microscopio se visualiza que la forma del solido cristalino es: PARALELEPIPEDA.

RESULTADOS:

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CONCLUSIONES:

Esta forma de obtener cristales es accesible a todas aquellas personas que tienen el interés de conocer sobre este tema y realizarlo para su mejor entendimiento

RECOMENDACIONES:

Se debe tener cuidado al momento de calentar la solución a través del tubo de ensayo; se debe de dirigir el tubo de manera que no este en la dirección de uno de los integrantes del grupo que lo realizan porque podría producir daños fatales.

2.2 A partir de un proceso de sublimación:

MATERIALES:

Para la realización de este experimento se requiere de un pedazo de papel, nuestras de Yodo solido, balón con agua, matraz de Erlenmeyer, mechero de Bunsen, trípode

PROCEDIMIENTO:

Se vierte un poco de Yodo en un papel. Depositar un poco de Yodo en un vaso de precipitado, exponer el vaso de

precipitado a calentamiento hasta que el Yodo comience a sublimarse. Posteriormente se coloca un balón con agua para tapar el vaso.

OBSERVACIONES:

Después de verter el Yodo en el papel se observó que el papel comenzó a quemarse.

Al momento de la sublimación el Yodo toma un color lila. Al colocar el balón de agua el Yodo gaseoso empezó su sublimación inversa,

quedando en las paredes del recipiente como un solido escarchado de color rojizo con características cristalinas, es decir, tenia brillo metálico y eran de pequeñas dimensiones

CONCLUSIONES:

De esta experiencia se puede concluir que es factible la obtención de sólidos mediante una sublimación y su proceso inverso

RECOMENDACIONES:

Ejecutar las operaciones ya antes mencionadas con una relativa rapidez ya que el gas que se produce en los procesos anteriores es dañino para la salud de las personas las cuales la están realizando.

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Experiencia III.CONFECCION DE CELDAS UNITARIAS

MATERIALES:

Para la ejecución de esta experiencia se necesita de dos esferas de tecnopor, una de ellas dividida en ocho partes, y una entera.

18 clavos puntiagudos por ambos lados

PROCEDIMIENTO:

Con los materiales dispuestos se procederá a armar las estructuras de empaquetamiento cubico simple y cubico de cuerpo centrado.

2.1 Cúbica simple

DATOS:

Longitud de la arista (a) : 5,0 cm Radio de la partícula (r) : 2,5 cm

CALCULOS Y RESULTADOS:

Volumen de la celda unitaria (V):

V= a3 = (5,0 cm)3 = 125 cm3

Volumen de partícula contenida (BP):

BP =

Volumen del espacio vacio en la celda (Va):

Va = 125 cm3 – 65,45 cm3 = 59,55 cm3

Porcentaje de volumen vacio (%Va)

%Va =

CONCLUSIONES:

Al realizar esta experiencia se puede concluir que en la estructura cubica simple casi el 50 es volumen vacio.

2.2 Cúbica centrada en el cuerpo:

DATOS:

Longitud de la arista (a) : 5,77 cm Radio de la partícula (r) : 2,5 cm

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Se sabe: a =

CALCULOS Y RESULTADOS:

Volumen de la celda unitaria (V):

V= a3 = (5,77 cm)3 = 192,10 cm3

Volumen de total de partículas (BP):

BP =

Volumen del espacio vacio en la celda (Va):

Va = 192,10 cm3 – 103,9 cm3 = 61,2 cm3

Porcentaje de volumen vacio (%Va)

%Va =

CONCLUSIONES:

Al realizar esta experiencia se puede concluir que en la estructura cubica centrada en el cuerpo tiene menos volumen vacio que en la estructura cubica

simple, este volumen es aproximadamente el 30

El volumen vacio de la estructura cubica centrada en el cuerpo es el 66,88 del volumen de la estructura cubica simple.

Experiencia IV.PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS CRISTALINOS:

4.1 Densidad de sólidos (Demostrada en el laboratorio Nº 02)

4.2 Absorción del agua: DELICUESCENCIA

MATERIALES: Para la perfecta realización de esta experiencia se requiere unas cuantas perlas

de NaOH

PROCEDIMIENTO:

Las perlas se NaOH se debe dejar al medio ambiente y se debe de esperar un tiempo prudente para observar los cambios.

OBSERVACIONES:

Se observa que al pasar el tiempo las perlas reaccionan con el medio ambiente absorbiendo agua.

Al absorber el agua estas se derriten y adquieren brillo

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IV. Cuestionario

1) Indique tres ejemplos de sólidos cristalinos y tres ejemplos de sólidos amorfos ¿Qué diferencia hay entre ellos?

Sólidos cristalinos: Sal comun Hielo Diamante, azucar, etc

Sólidos amorfos: Vidrio Plàstico Jebe (caucho), resians, brea, barnices , celuloide , etc

Diferencias: Los sólidos amorfos no poseen punto de fusion definido a comparacion de los

cristalinos . Son isotropicos es decir , ciertas propiedades fisicas (po ejemplo la

conductividad termica , dureza, resistencia al corte, etc) es igual en cualquier direccion en la cual son medidas; en cambio los sólidos cristalinos son anisotropicos.

2) Indique el tipo de celda unitaria y tres propiedades de las siguientes sustancias : cloruro de sodio, azufre, fosforo, agua, hielo seco, cobre y carbono. Para el carbono, azufre y fosforo indique sus alotropos respectivos

Fosforo:

Estructura cristalina: cubica Punto de fusion: 44,100 Punto de ebullicion: 280,500 Densidad:1,820

Azufre : Estructrura cristalina: Ortorrombica Punto de fusion : 112.800 Punto de ebullicion: 444,600 Densidad : 2,070

Cobre: Estructura cristalina: cubica de cara centrada Punto de fusion:1083 Punto de ebullicion:2300 Densidad: 8.960

Carbono: Estructura cristalina: hexagonal Punto de fusion:3500 Punto de ebullicion:4200

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Densidad:2,260

Cloruro de sodio: Estructura cristalina:cubica

Para que ‘funcione’ cada célula requiere estar rodeada de sal, especialmente del sodio. El sodio regula cantidad de agua de las células del cuerpo, y es fundamental para la transmisión adecuada de los impulsos nerviosos y la contracción muscular.

Formas alotropicas:Carbono:Diamante:

Los atomos de carbono poseen distreibucion espacial tetraedrica en torno a un atomo de carbono.

Es solido cristalino transparente. Es un mal conductor electrico. Es el material mas duro que se conoce

Grafito: Los atomos de carbono se ordenan formando hexagonos planares

(capas deslizables) Solido negro con brillo metalico Es un buen conductor electrico. Es muy blando y untuoso. A presiones altas se transforma en diamante.

Fosforo:Fosforo blanco:

Es un solido molecular , sus moleculas son piramidales, es blanco amarillo.

Muy reactivo, arde espontaneamente al aire libre. Presion de vapor alta, Tfusion es igual a 44ºC. Produce quemaduras al contacto con la piel.

Fosforo rojo: Es solido covalente . Es poco reactivo , no arde espontaneamente al aire libre . Punto de fusion mas alto y presion de vapor mas baja que el fosforo

blanco.Azufre:Rombica :

Es el azufre nativo . Es solido amarillo limon , densidad de 2.07g/cc. Temperatura de fusion de 114ºC insoluble en agua .

Monoclinica: Se obtiene fundiendo el azufre nativoy dejandolo enfriar lentamente, es

solido amarillo oscuro. Densidad de 1,97g/ccy temperatura de fusion 119ºCes inestable.

3) Defina las siguientes propiedades de los sólidos : humedad, higroscopia, hidratacion, delicuescencia, delitescencia,absorcion y adsorcion

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Humedad: El aire contiene una cierta cantidad de vapor de agua y es a ese vapor y no a las gotitas, a la niebla o a la lluvia, a la que nos referimos cuando hablamos de humedad. Existen diversas maneras de expresar matemáticamente la humedad del aire y estas son:

La humedad absoluta es el peso en gramos del vapor de agua contenido en un metro cúbico de aire.

La relación de mezcla es el número de gramos de vapor de agua por cada gramo de aire seco

La humedad específica mide el número de gramos de vapor de agua por cada gramo de aire húmedo.

Por otra parte el vapor de agua ejerce una presión, independientemente de la presencia de otros gases, que se conoce como presión o tensión de vapor (Peso del vapor de agua contenido en el aire por unidad de superficie). Al igual que la presión atmosférica se expresa en Hectopascales.  La presión parcial del vapor de agua cuando el aire está saturado se llama tensión de vapor de saturación (más correctamente llamada de equilibrio). 

Higroscopia: Palabra que deriva del griego ύγρος hygros 'húmedo, mojado' y σκοπειν skopein 'observar, mirar' es la capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder humedad al medioambiente. También es sinónimo de higrometría, siendo esta el estudio de la humedad, sus causas y variaciones (en particular de la humedad atmosférica).

Son higroscópicos todos los compuestos que atraen agua en forma de vapor o de líquido de su ambiente, por eso a menudo son utilizados como desecantes.

Algunos de los compuestos higroscópicos reaccionan químicamente con el agua como los hidruros o los metales alcalinos. Otros lo atrapan como agua de hidratación en su estructura cristalina como es el caso del sulfato sódico. El agua también puede adsorberse físicamente. En estos dos últimos casos, la retención es reversible y el agua puede ser desorbida. En el primer caso, al haber reaccionado, no se puede recuperar de forma simple.

Algunos ejemplos de los compuestos higroscópicos más conocidos son:

Cloruro cálcico (CaCl2) Hidróxido de Sodio (NaOH) Ácido sulfúrico (H2SO4)

Delicuescencia: es la propiedad que presenta algunas sales y óxidos, principalmente, de absorber moléculas de vapor de agua del aire húmedo para formar hidratos. Este fenómeno ocurre si la presión parcial de vapor de agua en el aire es mayor a la presión de vapor del sistema hidrato a la temperatura dada.

El cloruro de de calcio es uno de los mas conocidos delicuescentes.

Absorción: es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o mas componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma solución (un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida). Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un

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líquido C, también en reposo. Al proceso inverso de la absorción se le llama empobrecimiento o desorción; cuando el gas es aire puro y el líquido es agua pura, el proceso se llama deshumidificación, la deshumidificación significa extracción de vapor de agua del aire.

Adsorción: Es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapadas o retenidas en la superficie de un material, en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen.

En química, la adsorción de una sustancia es su acumulación en una determinada superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido.

Delitescencia: Pérdida o eliminación en partículas pequeñas del agua que contiene un cuerpo, al cristalizarse éste.

4) Realizar un breve resumen de la lectura “Superconductores de alta temperatura”

Siempre se ah querido lograr la mayor efectividad posible y en el caso de la conductividad electrica no es la excepcion , si bine se utiliza metales como el el Cu y Al estos pirden un 20%de energia(resistencia electrica).En estas ultimas decadas se ha visto que los metales pierden su resistencia al ser enfriados (4K),sin embargo el costo para esto seria elevado.Diversas investigaciones han logrado conseguir superconductores a 95K notando que al poner un iman este levita. Este importante descubrimiento aportara en la construccion de las supercomputadoras , acelerador de particulas mas poderosas, resonancia magnetica, etc.

BIBLIOGRAFÍA

1. Petrucci, Harwood; Química General; Editorial Prentice Hall 8ª edición, ISBN 84-205-3533-8

2. Whitten, Gurley, Davis; Químicas General; Editorial Mc Graw Hill 8ª edición

3. Brown, H.E. Le May Jr Química, la ciencia central Editorial Prentice Hall 8ª edición

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