PRACTICA N° 5

ENSAYOS A LA LLAMA

I. OBJETIVO GENERAL

Reconocer la presencia de elementos (sodio, potasio, estroncio, litio, calcio, cobre y bario) en sales, basado en el color que imparte a la llama de un mechero. Identificar en una muestra problema el catión presente.

II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Al finalizar la práctica el estudiante será capaz:

1. Determinar experimentalmente el color que imparten a una llama algunos metales alcalinos y alcalinotérreos.

2. Ubicar en el espectro electromagnético la longitud de onda a la cual emiten los metales utilizados.

3. Examinar la llama de sodio y potasio a través de un vidrio de cobalto.

4. Examinar la llama de una mezcla de sales de potasio y sodio a través de un vidrio de cobalto.

5. Identificar el ión metálico presente en una muestra desconocida.

MARCO TEORICO

Algunos de los sorprendentes colores de los fuegos artificiales son colores de las llamas de metales alcalinos (Li, Na, K, Rb y Cs) y alcalinotérreos (Ca, Sr y Ba). Estos colores están relacionados con las estructuras electrónicas de los átomos metálicos.

Las diferentes energías entre los orbitales s y p de la capa de valencia de los metales del grupo I A y II A corresponden a las longitudes de onda de la luz visible (Figura 18). Por ese motivo, cuando se calientan en una llama los compuestos de algunos metales se produce colores característicos. Por ejemplo, cuando el NaCl se vaporiza en una llama, los pares de iones se convierten en átomos gaseosos, los átomos de Na (g) se excitan a energías altas y cuando estos átomos excitados (Na*) vuelven a adquirir sus configuraciones electrónicas del estado fundamental, emiten luz con una longitud de onda de 589 manómetros (nm), que corresponde al amarillo en la región visible del espectro electromagnético.

Na + Cl^- _(g) → Na _(g) + Cl _(g) (11)

Na _{(g) →} Na*_(g)

Estado fundamental Estado excitado

[Ne] 3s¹ [Ne] 3p¹

Na* _(g) → Na _(g) + hn (589 nm) ( energía radiante)

En las reacciones anteriores se puede observar que el estado excitado de un átomo, se refiere a un átomo con uno o más de sus electrones, en un nivel de energía más alto que el estado fundamental.

Fig. Espectro electromagnético

FIG. 18. Espectro Electromagnético.

El ensayo a la llama es un método de laboratorio bien establecido para identificar la presencia de un elemento químico metálico, en una muestra determinada.

Los distintos colores de luz tienen en común el ser radiaciones electromagnéticas que se desplazan con la misma velocidad (velocidad de la luz). Estas radiaciones se diferencian en su frecuencia y longitud de onda:

u = c / l (12)

Donde:

u = frecuencia

c = velocidad de la luz

l = longitud de onda

Como se dijo anteriormente la transición de un electrón de un nivel a otro debe venir acompañada por la emisión o absorción de una cantidad de energía, cuya magnitud dependerá de la energía de cada uno de los niveles entre los cuales ocurre la transición. Si en un átomo poli electrónico, un electrón salta de un nivel de energía E₁ a un nivel de energía E₂, la energía de la transición electrónica, DE, es igual a E₂ – E₁. Si E₂ representa un nivel de energía inferior a E₁, entonces, la transición viene acompañada por la emisión de una cantidad DE de energía (en forma de luz), la cual está relacionada con la longitud de onda de luz emitida por la ecuación:

DE = (hc)/l (13)

Donde :

h	=	Constante de Planck = 6,63x10^-34 J·s^-1
c	=	Velocidad de la luz
l	=	Longitud de onda de la luz Emitida

En otras palabras, la energía de una transición electrónica es inversamente proporcional a la longitud de onda de la luz emitida o absorbida y directamente proporcional a la frecuencia de radiación.

PARTE EXPERIMENTAL

1. Ajuste la llama de un mechero Bunsen hasta que sea incolora.

2. Limpie la punta de un alambre de platino o nicromo lijándola e introduciéndola en ácido clorhídrico concentrado y colocándolo en la llama hasta que desaparezca cualquier coloración.

3. Coloque una pequeña cantidad de una las sales que se desea analizar (NaNO₃, KNO₃, Ba(NO₃)₂, Sr(NO₃)₂, Ca(NO₃)₂, Li₂SO_4, CuSO₄ ), en la punta del alambre de platino o de nicromo y acérquelo a la llama. Observe el color que adquiere la llama; repita la observación a través de un vidrio de cobalto.

4. Limpie la punta del alambre como se indicó anteriormente y repita el procedimiento con cada una de las sales.

5. Mezcle NaNO₃ y KNO₃ sobre un vidrio de reloj, tome una pequeña muestra con el alambre de platino o de nicromo, acérquelo a la llama y observe; véalo de nuevo a través del vidrio de cobalto.

6. Repita el procedimiento con la muestra problema seleccionada.

DATOS EXPERIMENTALES

TABLA 19. Colores en la llama de algunos metales.

Compuesto	Color que emite	Longitud de onda (nm)
NaNO3
Ba(NO3)2
Sr(NO3)2
Ca(NO3)2
KNO3
Li2SO4
CuSO4
NaNO3 y KNO3		--------
Muestra Problema Nº___		--------

Sodio a través del vidrio de cobalto………………………………………

Potasio a través del vidrio de cobalto…………………………………….

Mezcla KNO₃ – NaNO₃.............................................................................

Mezcla KNO₃ – NaNO₃ a través del vidrio de cobalto………………….

Muestra problema a través del vidrio de cobalto…………………………

RESULTADOS

TABLA 20. Frecuencia y Energía emitida por algunos metales.

Compuesto	Frecuencia (seg^-1)	Energía (Joule)
NaNO3
Ba(NO3)2
Sr(NO3)2
Ca(NO3)2
KNO3
Li2SO4
CuSO4

Metal desconocido en la muestra problema Nº_______ es ________________

CUESTIONARIO

1. ¿El ensayo a la llama es una prueba para el catión o para el anión?

2. ¿Que función cumple el vidrio de cobalto, cuando se observa a través de él, la llama que produce una mezcla de potasio – sodio?

3. La luz amarilla emitida por una lámpara de sodio, tiene una longitud de onda de 589 nm. ¿Cuál es la frecuencia de esta radiación?

4. Las longitudes de onda (λ) características de algunos elementos son:

Sr	680,1 nm	Cu	540,0 nm	Mg	285,2 nm
Ba	515,4 nm	Fe	372,0 nm	K	404,7 nm
Ca	640,7 nm	Au	267,6 nm	Na	589,0nm
Li	670,5 nm

a) ¿Cuál emite la luz de mayor energía?¿y la de menor energía?

b) Cuando arde una muestra de una sustancia desconocida, se encuentra que emite luz con una frecuencia de 6,59 x 10¹⁴ seg^-1. ¿Cuál de los elementos mencionados arriba se encuentra probablemente en la muestra?

BIBLIOGRAFIA

1. CHANG, R y COLLEGE, W. Química. Séptima edición. McGraw-Hill, México, 2002.
2. DAUB, W y SEESE, W. Química. Séptima edición. Prentice Hall, México, 1996.
3. BRICEÑO, C y CÁCERES, L. Química. Primera edición. Editorial Educativa, Bogotá-Colombia, 1994.
4. PRETRUCCI, HARWOOD, y HERRING, G. Química General. Octava edición. Prentice Hall, Madrid, 2003.
5. MOORE, KOTZ, STANITSKI, JOESTEN y WOOD. El Mundo de la Química. Segunda edición, Addison Wesley Longman, México, 2000.

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