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¿Qué onda con los átomos?
María de la Luz Castellanos Cárdenas
ENP 5 “José Vasconcelos
Alma Delia Pineda García
ENP 1 “Gabino Barreda”
Temática: Prácticas de laboratorio
Resumen
La propuesta de práctica que a continuación presentamos es una adaptación
de
¿Quién da el color?, tomada del libro “Sorprender no es suficiente” 1., que pretende
mostrar a los alumnos una actividad sencilla y atractiva como es, el ensayo a la flama,
en la cual solo utilizaremos las sales de 3 elementos químicos como el sodio, potasio y
litio. En el curso de Química III, se estudia el espectro electromagnético así como la
relación con la ecuación de Planck, temas que son de difícil comprensión para los
alumnos. La finalidad de esta práctica es lograr la comprensión de conceptos tales
como: espectros electromagnéticos y atómicos, longitud de onda, ensayo a la flama,
color, modelo atómico de Bohr, espectros de absorción y emisión, y ecuación de
Planck. Así mismo a partir de las longitudes de onda que presentan los diferentes
colores observados pertenecientes a las sustancias expuestas, los alumnos
comprueben la posición que ocupan dichos elementos en la tabla periódica.
Introducción
Esta propuesta de trabajo consideramos que es útil para poder abordar contenidos de
difícil comprensión como es el espectro electromagnético que generalmente se explica
teóricamente y si se realiza de manera experimental solo se llega a la observación de
los colores a la flama. La intención es que los alumnos logren aplicar estos
conocimientos y den una interpretación a los fenómenos observados y los relacionen
con el resto de los elementos de la tabla periódica y los compuestos que los contienen y
que dependiendo de sus longitudes de onda, frecuencia e intensidad de radiación, los
puedan acomodar en el espectro electromagnético así mismo comprobar su ubicación
en la tabla periódica.
Espectro electromagnético
Es un conjunto de radiaciones que emiten o absorben una sustancia o fuente de
energía. Dichas radiaciones sirven para identificar la sustancia de manera análoga a
una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que,
además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la
longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.
La materia incandescente contiene átomos que han absorbido energía, provocando que
sus electrones lleguen a niveles de alta energía, este estado no es estable, por lo que
para liberar energía los electrones regresan a su nivel de menor energía emitiendo
fotones, es decir luz con una determinada longitud de onda y frecuencia. En el espectro
electromagnético en la región visible, cada color tiene su propia longitud de onda y
frecuencia.
Espectros atómicos
Cada átomo es capaz de emitir o absorber radiación electromagnética, aunque
solamente en algunas frecuencias que son características propias de cada uno de los
diferentes elementos químicos.
Mediante el suministro de energía calorífica, se estimula un determinado elemento en
su fase gaseosa, sus átomos emiten radiación en ciertas frecuencias de lo visible, que
constituyen su espectro de emisión. Si el mismo elemento, también en estado gaseoso,
recibe radiación electromagnética, absorbe en ciertas frecuencias de lo visible,
precisamente las mismas en las que emite cuando se estimula mediante calor. Este
será su espectro de absorción.
Espectros de emisión
Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones emitidas por un cuerpo
previamente excitado o promovido. En el espectro de emisión el elemento emite su
propia luz dejando un espacio grande en negro dependiendo de cuál sea el elemento y
su longitud de onda.
Objetivo:
Que el alumno a partir del ensayo a la flama obtenga los colores característicos
correspondientes a los elementos de un compuesto y los relacione con la posición que
ocupan en la tabla periódica, tomando como base la longitud de onda y su relación con
la ecuación de Planck y el modelo del átomo de Bohr.
Desarrollo
A continuación se muestran los materiales y reactivos necesarios para el desarrollo del
experimento, el cual se pretende mostrar a los profesores asistentes a esta ponencia.
Una vez observada la experimentación, se lleva a cabo el análisis de los resultados, y
se presenta lo que se espera que los alumnos concluyan. En el Anexo 1, se muestra la
práctica completa que se presentará a los alumnos incluyendo su evaluación.
Para el experimento
Equipo
Reactivos
Tres vasos de precipitados
de 150 mL
NaCl
Tres agitadores
LiCl
Tres vidrios de reloj
Tres cajas petri
KCl
Tres espátulas
CH3OH
Una franela
Un encendedor largo
Una cartulina negra
Cámara fotográfica o de celular
Procedimiento
1. Etiqueta los vidrios de reloj como Na, Li y K.
2. Con la espátula toma una pequeña cantidad de cada sal y colócala en el vidrio
de reloj correspondiente.
3. Observa las características físicas de las sales y analiza si se parecen o son
diferentes.
4. Etiqueta los vasos de precipitados y cajas petri como Na, Li y K.
5. Coloca las cajas petri etiquetadas sobre una franela húmeda.
6. En cada vaso coloca una quinta parte de alcohol.
7. Disuelve cada una de las sales en el alcohol que está en los vasos. Agita lo
suficiente para tratar de disolver la mayor cantidad de la sal, vierte estas
disoluciones en las cajas petri correspondientes.
8. Si es posible apaga la luz y con mucho cuidado acerca el encendedor prendido a
cada uno de las cajas petri. Al inicio las flamas se verán del mismo color (azul,
que indica la producción de CO2, por combustión del alcohol).
9. Una vez que veas los diferentes colores de las flamas, coloca la cartulina negra
detrás de los vasos y toma una fotografía de las flamas.
10. Imprime tus fotografías.
Análisis de los resultados
Se pretende que los alumnos, con base en la ecuación de Planck relacionen que la
longitud de onda es inversamente proporcional a la energía, y que por ejemplo, el
átomo de potasio, que pertenece al cuarto periodo tiene un color de flama que en el
espectro visible es más energética, con respecto al sodio y al litio. En la figura 1 se
muestra una imagen con los tres colores de las flamas.
Figura 1. Flamas de Sodio, litio y potasio.
Conclusiones:
Por medio del ensayo a la flama, obtenemos coloraciones características que facilitan la
identificación de los correspondientes elementos químicos puros o combinados.
Las longitudes de onda que presentan los colores observados en el ensayo a la flama,
nos da una idea de la cantidad de energía y la ubicación que ocupa un elemento en la
tabla periódica.
Referencias
1. Hernández, M.G (2010). Sorprender no es suficiente. México: Facultad de
Química. UNAM.
2. Dragojlovic, V. (1999). “Flame test using improvised alcohol burners, Journal of
Chemical Education, 76(7), págs. 929-930.