Guia de pràctiques a la Facultat

Gaudint
la Química
Facultat de Química
Laboratori de Química per a
estudiants de Batxillerat
Nom i cognoms:…………………………………………
Col.legi/IES:…………………………………………............
1
Organitza:
- Deganat de la Facultat de Química
- Professor Especialista de Química de Batxillerat
- Delegació del Rector per a la Incorporació a la Universitat
- Vicerectorat d'Estudis
Persones de contacte:
Pilar Campins Falcó e-mail: [email protected]
Carmen Victoria e-mail: [email protected]
96-354-4470
Professors i tècnics que col·laboren en aquest curs:
Rafael Ballesteros (Professor Titular, Departament de Química Orgànica)
Juan J. Borrás (Professor Titular, Departament de Química Inorgànica)
Pilar Campins (Catedràtica, Departament de Química Analítica)
Emili Escrivà (Professor Titular, Departament de Química Inorgànica)
Francisco Estevan (Professor Titular, Departament de Química Inorgànica)
Jose V. Folgado (Professor Titular, Departament de Química Inorgànica)
Salvador Gil (Professor Titular, Departament de Química Orgànica)
Clara Gómez (Professora Titular, Departament de Química Física)
Rosa Herráez (Professora Titular, Departament de Química Analítica)
Carmen Molins (Professora Titular, Departament de Química Analítica)
José Mª Moratal (Catedràtic, Departament de Química Inorgànica)
Luis E. Ochando (Professor Titular, Departament de Geologia)
Margarita Parra (Professora Titular, Departament de Química Orgànica)
Juan L.Pascual- Ahuir (Professor Titular, Departament de Química Física)
Mª Teresa Picher (Professora Titular, Departament de Química Orgànica)
Adela Sevillano (Professora Titular, Departament de Química Analítica)
Ignacio Tuñón (Professor Titular, Departament de Química Física)
Ramón Zaragozá (Professor Titular, Departament de Química Orgànica)
Teresa Climent (Tècnic Lab, Laboratori de Química General)
Teresa García (Tècnic Lab, Departament de Química Analítica)
Anabel Terraes (Tècnic Lab, Departament de Química Inorgànica)
2
ÍNDEX
1.- Introducció i Objectius
2.- Una Química al servei de la Humanitat
3.- Els Estudis de Química
a) Objectius docents
b) Eixides professionals
4.- Mesures de Seguretat Bàsiques al Laboratori
5.- Pràctiques
1) Recobriment electrolític: Electrodiposició de coure sobre un "clip"
2) Síntesi de Niló 6,10
3) Com esbrinar la composició d’una dissolució desconeguda mitjançant
anàlisi químic qualitatiu
4) Difusió de gasos: La formació accidental de clorur d’amoni
5) L’oxigen i l’aigua
6) Experiments demostratius a realitzar pel professor:
a) Experiments amb nitrogen líquid
b) Reaccions fortament exotèrmiques
6.- Passatemps químics
3
1. INTRODUCCIÓ I OBJECTIUS
La Universitat de València i, més concretament la Facultat de Químiques,
obri novament les seues portes per a organitzar unes Jornades de Pràctiques
dirigides als estudiants de Batxillerat.
Els objectius que es persegueixen són diversos. En primer lloc, es pretén
contribuir a la difusió de la Química entre els estudiants de Batxillerat i en
segon lloc, establir vies de comunicació entre els professors de tots els nivells
d'educació, per a coordinar accions dirigides a una millor comprensió de la
disciplina.
La jornada, que se celebrarà en els laboratoris docents de la Facultat de
Químiques baix la supervisió de professors de la pròpia facultat i dels centres
de batxillerat, tindrà una duració total de 3h i 30 min.
Després d'un breu acte de benvinguda per part de l'equip deganal (20
min), els estudiants passaran als laboratoris, on es realitzaran diverses
activitats en un temps màxim de 180 min. S'iniciarà la sessió amb una
introducció a les normes de seguretat i tractament de residus.
Posteriorment, els estudiants iniciaran el treball experimental segons
l'esquema proposat.
En la present edició s'han dissenyat cinc experiències distintes, dos de les
quals realitzaran tots els estudiants (Pràctiques 1 i 2), mentre que de les tres
restants (Pràctiques 3, 4 i 5) els centres triaran una o dos fins a completar, com
a màxim, 150 minuts de treball experimental al laboratori.
Per això, s'ha estimat en minuts el temps que els estudiants invertiran en
la realització de cada una de les experiències. El temps que queda (uns 30
min) s'aprofitarà per a la visualització d'unes demostracions a càrrec dels
professors.
Desitgem que la programació que s'ha elaborat satisfaça les expectatives
de tots vosaltres, que aprengueu i gaudiu molt al laboratori, com nosaltres hem
gaudit amb la preparació i, en qualsevol cas, esperem que amb els vostres
suggeriments puguem millorar la programació per a l'any que ve.
4
2. UNA QUÍMICA AL SERVEI DE LA HUMANITAT
En primer lloc caldria recordar què és la Química i quin és el seu interès.
La Química es defineix com la Ciència que estudia la composició i propietats
de la matèria, així com les transformacions que aquesta matèria experimenta.
Ja que el propi cos humà, l'aigua, l'arena, els aliments, els productes de
consum diari, són tots formes de matèria, podem entendre fàcilment que la
Química està present en tot moment en la nostra vida.
Efectivament, trobaràs Química en quasi tots els aspectes de la teua vida
diària: l'aliment que ingereixes, les peces de roba amb què et vesteixes, els
vehicles, ordinadors i CD's que uses, els medicaments que prens quan no et
trobes bé, l'aire que respires, l'aigua que beus i per descomptat en les
monedes i bitllets amb què adquireixes tot l'anterior, per citar alguns pocs
exemples.
La Química s'utilitza en els xips de l'ordinador, perfums, fibres sintètiques,
plàstics, medicaments, cosmètica, adobs, explosius, focs artificials, sabons i
detergents, il·luminació, comunicacions, recobriments electrolítics, piles i
bateries, ceràmiques, vidres de seguretat, pintures, alimentació, ...
La Química, com a Ciència, ens dóna la capacitat de conèixer i
comprendre com funciona l'Univers. D'altra banda, la Tecnologia proporciona
l'art o l'habilitat d'aplicar el coneixement obtingut a partir de la Ciència.
Segons la Tecnologia que apliquem, el coneixement obtingut per mitjà de
l'estudi
de
la
Química
podrà
ser
beneficiós
o
perjudicial
per
al
desenvolupament dels éssers humans. Així el coneixement químic es pot
utilitzar per a preparar compostos adequats per al control de plagues o per a
fabricar fertilitzants necessaris per al desenvolupament d'una agricultura
intensiva, tan necessària en un món tan poblat.
5
D'altra banda és a la vegada essencial en el disseny i preparació de nous
fàrmacs així com de mètodes per al diagnòstic precoç d'algunes malalties. No
obstant això, un mal ús de la ciència pot desembocar en la fabricació de gasos
tòxics que es poden usar en atemptats terroristes com el perpetrat en el metro
de Tòquio, fa uns anys, amb gas Sarín, o per a construir bombes potents
capaces d'aniquilar als éssers humans.
Per tot això, és molt important que els nostres professionals de la Química
tinguen uns valors i principis ètics que permeten que la seua activitat
professional vaja dirigida a contribuir al desenvolupament de la humanitat amb
un mínim impacte mediambiental.
3. ELS ESTUDIS DE QUÍMICA
A) Objectius docents
Els ensenyaments impartits en la Llicenciatura en Química han de
proporcionar al futur químic uns coneixements bàsics, tant teòrics com pràctics,
que li capaciten per a l'exercici professional en la indústria, en l'ensenyament
(en els seus diferents nivells), així com en la investigació i qualsevol altra
activitat relacionada amb la síntesi, purificació, anàlisi, caracterització
estructural, propietats, reactivitat, arbitratge, peritatge, taxació i aplicació de
substàncies químiques.
Per tant, els objectius docents han de conduir a proporcionar una
formació científica sòlida en els aspectes bàsics i aplicats de la Química.
B) Eixides professionals
El Llicenciat en Química pot desenvolupar la seua activitat professional en
qualsevol empresa on s'obtinga un producte químic, però també en les empreses
que el comercialitzen o l'apliquen.
Sense pretendre ser exhaustiu, s'indiquen a continuació algunes de les
eixides professionals per als químics:
1) Indústria química:
6
- Petroquímica,
- Plàstics i cautxú
- Productes farmacèutics
- Alimentació
- Gasos industrials
- Detergents i sabons
- Fertilitzants
- Comerç químic
- Colorants i pigments
- Fitosanitària
- Assaonat de la pell
- Vidre i Ceràmica
- Metal·lúrgica
- Plantes depuradores
- Pintures i Vernissos
- Electroquímica
- Tractament de residus
- Perfumeria i Cosmètica
- Fibres químiques
- Plantes de potabilització
- Productes de neteja
2) Investigació bàsica o aplicada (I+D+i)
- Organismes públics o privats
3) Ensenyament: (centres públics o privats)
- Universitari, Batxillerat i ESO.
4) Administració Pública (Estatal, Autonòmica o Local)
-Laboratoris Municipals,Provincials o Estatals, d'anàlisi química i biològica
-Químic de Duanes
-Hospitals
-Tècnic de l'Administració Pública
5) Professions liberals
- Laboratoris d'anàlisi i control de qualitat
- Dictàmens, certificats, peritatges i taxacions
- Projectes
- Estudis d'impacte ambiental, ......
7
4. MESURES DE SEGURETAT BÀSIQUES AL LABORATORI
¡NO!
El laboratori és un lloc de treball seriós, no exempt de perill, per la qual cosa
s’ha de respectar una sèrie de normes de seguretat que evite possibles
accidents, tant per un desconeixement del que s’està fent com per un
comportament incorrecte (com córrer, donar empentes o jugar al laboratori).
Per tant, per la vostra seguretat i la dels vostres companys, heu de complir les
següents normes.
NORMES PERSONALS
1.
Durant l’estada al laboratori l’alumnat haurà de portar
obligatòriament ulleres de seguretat i bata. (Que se’ls
proporcionaran a l’entrar al laboratori)
2.
Els guants hauran d’utilitzar-se durant la manipulació de
productes càustics i tòxics.
3.
El cabell llarg haurà de portar-se recollit.
4.
Està terminantment prohibit fumar o consumir aliments o
begudes al laboratori.
5.
No s’ha de dur a la boca cap producte químic per a
conèixer el seu sabor, ni tampoc tocar-los amb les mans,
excepte indicació expressa.
NORMES PER A LA UTILITZACIÓ DE PRODUCTES QUÍMICS
8
6.
Evitar el contacte dels productes químics amb la pell.
7.
Si accidentalment es vessa un àcid o algun altre producte
químic corrosiu, s’ha de rentar immediatament amb aigua
abundant.
8.
Per a detectar l’olor d’una substància, no es deu col·locar
la cara directament sobre el recipient: utilitzant la mà
oberta a mode de pantalla, és possible fer arribar una
xicoteta quantitat de vapor fins el nas.
9.
Abans d’utilitzar un compost, assegurar-se bé de que és el
que es necessita, fixar-se bé amb el rètol.
10.
Els àcids requereixen una cura especial. Quan volem
diluir-los, mai s’abocarà l’aigua sobre l’àcid; sempre al
contrari, és a dir, l’àcid sobre l’aigua.
11.
Abans d’utilitzar qualsevol producte, hem de fixar-nos en
els pictogrames de seguretat de l’etiqueta, a la fi de
prendre les mesures preventives oportunes.
9
12.
Quan s’escalfe una substància en un tub d’assaig, l’extrem
obert del tub no ha de dirigir-se a cap persona situada a
prop a fi d’evitar accidents.
NORMES PER A LA UTILITZACIÓ DE LES BALANCES
13.
Quan es determinen masses de productes químics amb la
balança, s’utilitzarà paper d’alumini (o vidre de rellotge si el
producte és corrosiu) a mode de recipient. Mai col·locar els
productes directament sobre el plat de la balança.
14.
S’ha de evitar qualsevol pertorbació que conduïsca a un
error, com vibracions degudes a cops forts, aparells elèctrics
en funcionament, bufar per damunt dels plats de la balança,
etc.
NORMES PER AL TRACTAMENT DELS RESIDUS
La política de minimització dels residus d’aquesta Universitat va començar
al curs 1996-1997 amb un estudi sobre la situació, classificant-los en urbans o
assimilables a urbans, perillosos i sanitaris. A partir del curs 1998-1999 es varen
instal·lar contenidors per a la recollida selectiva de paper/cartró, vidre, alumini, i
plàstic amb l’objectiu de facilitar el seu possible reciclatge. Els residus denominats
pròpiament de laboratori pertanyen en la seua majoria a residus perillosos que
s’han de sotmetre a un procés físico-químic per a una possible utilització
10
posterior, sent gestionats per una empresa autoritzada. Cada sis mesos es retiran
del magatzem situat en el campus de Burjassot.
15.
En el cas de les pràctiques que ens ocupen, s’han habilitat
en el laboratori contenidors degudament etiquetats on
s’introduiran els residus generats.
NORMES D’EMERGÈNCIA
16.
En el cas d’haver d’evacuar el laboratori, eixir de forma
ordenada seguint en tot moment les instruccions que haja
donat el professor/a.
11
ACTIVIDAD 1
Assenyala en el següent plànol on es troben els diferents equips
d’emergència; indica-ho amb les lletres D, E, M, B, AB, AL, S i V
segons
corresponga.
D - Dutxes i renta-ulls
E - Extintors
M - Mantes ignífugues
B - Farmaciola
AB - Absorbent per a abocaments
AL - Alarma d’emergència
S - Eixida d’emergència
V - Recipient per al vidre trencat
EQUIPS D’EMERGENCIA
Laboratori de Química General
VITRINAS
Seminario
Mesas
Mesas
Mesas
Mesas
Mesas
Mesas
Mesas
VITRINAS
Mesas
VITRINAS
Despachos
Seminario
12
Almacén
13
EQUIPS D’EMERGÈNCIA
VITRINAS
Laboratori de Química Física I
Mesas
Mesas
Mesas
Mesas
Entrada
Despacho
Balanzas
Laboratori de Química Física II
Balanzas
VITRINAS
Mesas
Mesas
Mesas
Sala
instrumental
Mesas
Almacén
Entrada
14
5. PRÀCTIQUES
5.1. ELECTRODIPOSICIÓ DE COURE (aprox. 60 minuts)
INTRODUCCIÓ.
Segons
el
Diccionari
de
la
RAE
(Real
Academia
Española),
l’electroquímica és “la part de la física-química que tracta de les lleis referents a la
producció de l’electricitat mitjançant combinacions químiques, i de la seua
influència en la composició dels cossos”. Aquest enunciat sintetitza l’àrea
d’actuació d’una rama de la ciència i la tecnologia que està present en situacions
tan comuns com l’ús de piles per al funcionament d’aparells elèctrics i de bateries
per a l’arrancada dels vehicles a motor, o la pèrdua de propietats d’un objecte
metàl·lic degut a la corrosió. L’electroquímica està també implicada en una
varietat de processos industrials amb una forta rellevància econòmica i comercial,
com és el cas, per exemple, de l’obtenció d’alumini, niló o clor, la fabricació de
microxips, el metal·litzat de claus i ferramentes, el recobriment de peces
d’automòbils, vaixells i avions, la recuperació de metalls pesats en aigües
residuals industrials, etc. A la vista de tot açò, està clar que les tecnologies
electroquímiques ocupen un lloc principal en l’economia moderna, proporcionant
materials, processos i dispositius essencials per al progrés i el benestar de la
societat. Un estudi editat en 1990 pel National Research Council d’Estats Units
xifrava en 30.000 milions de dòlars la contribució de l’electroquímica al producte
nacional brut d’aquest país, estimant a més a més en 20.000 milions de dòlars
anuals l’increment d’aquesta xifra al llarg de la següent dècada. L’expansió de
mercats emergents en àrees com la microelectrònica i les microtecnologies, els
sensors, els tractaments superficials, les tecnologies de membrana, les bateries
avançades i les piles de combustible, entre altres, ha contribuït sens dubte a
l’increment de la importància industrial i econòmica de l’electroquímica. Per la
seua banda, a Espanya existeixen més de 2.000 empreses que utilitzen les
tecnologies electroquímiques com a part essencial del seu procés productiu.
S’estima també que al menys altres 2.000 inclouen en alguna de les fases de la
seua activitat algun procés o fenomen electroquímic.
15
Recobriments electrolítics
Els processos de recobriments electrolítics consisteixen en dipositar per via
electroquímica fines capes de metall sobre la superfície d’una peça submergida
en una dissolució d’electrolit. En aquest procés, la part que va a ser recoberta
constitueix el càtode d’una cel·la electrolítica. L’electròlit és una sal que conté
cations del metall de recobriment. S’aplica un corrent continu mitjançant d’una
font d’alimentació, tant a la part que va a ser recoberta com a l’altre electrode. Els
camps d’aplicació dels recobriments electrolítics són molt diversos. Sens dubte
els més coneguts són aquells la finalitat dels quals és la protecció anticorrosió (en
els que parts metàl·liques sensibles es protegeixen de la corrosió per
electrodeposició, per a produir una fina capa protectora de metall) o els practicats
amb finalitat decorativa. Per exemple, entre els primers (protecció anticorrosiva)
podem citar el recobriment amb crom (cromat), amb níquel (niquelat), zinc
(galvanitzat) o estany (estanyat). Entre els recobriments amb finalitat decorativa, a
més a més d’alguns dels ja citats (cromat, niquelat) podem mencionar entre els
més coneguts el platejat (recobriment amb plata), recobriment amb coure o el
xapat amb or.
OBJECTIUS DE LA PRÀCTICA
En aquesta pràctica es realitza un
- +
senzill experiment d’electrodeposició de coure.
A
Es tracta de construir una cel·la electrolítica
amb una font externa d’alimentació elèctrica i
d’observar en ella l’electrodeposició d’una
capa de coure sobre un objecte d’acer
Objeto
a rec ubrir
2+
⇐ Cu
inoxidable, com per exemple un clip, que actua
com càtode de la cel·la. L’electrolit és una
dissolució de sulfat de coure(II) que aporta
iones Cu2+. Per últim, l’ànode és una làmina
de coure metàl·lic (ver figura 1).
16
Cátodo
Ánodo
Figura 1
Els processos d’electrode són:
2+
oxidació del coure metàl·lic en l’ànode: Cu ⇒ Cu + 2e
-
reducció dels ions Cu2+ en el càtode: Cu2++ 2e- ⇒ Cu.
D’aquesta manera, en el càtode es va formant un precipitat de coure que
es diposita com una fina capa de color rogenc en la superfície del clip.
REALITZACIÓ EXPERIMENTAL
El muntatge que realitzarem és el representat
en la figura 2.
1) Es doblega una lámina/fil de coure per un
extrem perquè puga subjectar-se a la vora del
recipient que conté la dissolució de sulfat de
coure, però sense introduir-lo encara a dins
d’aquesta dissolució.
2) Es desdoblega un clip metàl·lic per a que
augmente la superfície de contacte amb la dissolució
de sulfat de coure, deixant una part doblegada
perquè puga subjectar-se a la vora del recipient, però
sense introduir-lo encara a dins d’aquesta dissolució.
3) Es pesan el clip i el coure en balança d’almenys 3 xifres decimals, anotant les
corresponents masses en el quadre de “resultats”. Per a aquesta operació es
manipulen ambdues peces amb unes pinces.
4) Es col·loquen la làmina/fil de coure i el clip dins del recipient amb la dissolució
CuSO4 1M, evitant que es toquen entre ells i de forma que la part doblegada més
menuda quede fora del recipient i la part més gran, introduïda dins del sulfat de
coure.
17
5) Es connecta el cable unit al pol negatiu de la
pila (el qual acaba en una pinça) a l’objecte que
anem a recobrir (clip), evitant que la pinça entre en
contacte amb la dissolució de sulfat de coure.
6) Es connecta a l’amperímetre (presa mA) el cable unit al
pol positiu de la pila. El selector de mesures de
l’amperímetre ha de situar-se en la posició 200 mA (de
corrent continua)
7) Es posa a zero el cronòmetre.
8) Es connecta un tercer cable, pel seu extrem
acabat en pinça, a la làmina/fil de coure. Quan aquest
cable es connecte a l’amperímetre, el circuit quedarà
tancat, per tant s’ha d’estar molt atent per a posar en
marxa el cronòmetre.
9) Es connecta aquest tercer cable a l’amperímetre
(presa COM) i inmediatament es posa en marxa el
cronòmetre i es deixa que es produïsca la
electrodiposició durant 10 minuts.
10) S’anota en el quadre de “resultats” el valor de la intensitat de corrent que
circula a l’inici de la electrodiposició (I0), als 5 minuts (I5) i al final del procés (I10).
11) Una vegada transcorreguts 10 minuts (anoteu el temps exactament
transcorregut expressant-lo en segons) s’obri el circuit desconnectant qualsevol
18
dels cables, per a que deixe de circular el corrent (el cronòmetre apagat no
significa que el corrent deixa de passar).
12) Se trauen la làmina de coure i el clip, retant-los amb un poc d’aigua sota
l’aixeta per a eliminar el sulfat de coure. Observeu l’aspecte d’ambdós.
S’assequen amb un tros de paper amb cura de no gratar el coure dipositat al clip.
13) Es pesen en la mateixa balança que al principi i s’anoten les masses al
quadre de “resultats”.
RESULTATS I DISCUSSIÓ
Massa inicial
Massa final
variació
t = 0 minuts
t = 5 minuts
t = 10 minuts
Clip
Làmina de coure
Intensitat
Intensitat mitjana
I=
(ampers)
Temps
t=
(segons)
A partir d’aquestes dades experimentales obtingudes i coneixent el temps que ha
durat la electrodeposició així com la intensitat de corrent que ha circulat, pot
comprovar-se la validesa de la primera llei de Faraday. Aquesta llei enunciada per
Michael Faraday l’any 1833, indica que: “La massa de substància alliberada en
una electròlisi és directament proporcional a la quantitat d’electricitat que ha
passat a través de l’electròlit”. És a dir, existeix una relació simple entre la
quantitat d’electricitat que passa a través de la cel·la electrolítica i la quantitat de
substància dipositada en el càtode; ambdues quantitats són directament
proporcionals. Durant el procés d’electrodeposició, com coneixem la intensitat de
corrent que ha circulat (I, expressada en ampers) i el temps que ha durat la
19
mateixa (t, mesurat en segons) podem calcular la quantitat de càrrega elèctrica
(Q, en coulombs):
Q = I×t =
Per altra banda, sabem que la càrrega d’un mol d’electrons, la denominada
constant de Faraday (F) equival a 96485 C mol-1. D’aquesta manera podem
averiguar fàcilment els mols d’electrons que han circulat:
ne- = Q/F =
Finalment, podem calcular la massa de coure dipositada en el càtode a partir de
2+
¯
la estequiometria del procés: Cu + 2e
→ Cu.
nCu(II) = ne-/2 =
m Cu(II) = nCu(II) × Ar(Cu) = nCu(II) 63.55 =
Compareu el valor calculat amb les variacions observades en el pes de la làmina
de coure i el clip metàl·lic.
BIBLIOGRAFIA
R. H. PETRUCCI, W. S. HARWOOD y F. G.HERRING,
QUÍMICA GENERAL. 8.A EDICIÓN.
PRENTICE HALL. MADRID, 2002
R. CHANG,
QUÍMICA (7ª EDICIÓN)
mCgraw hill, MADRID, 2003
20
5.2. SÍNTESI DE NILÓ (aprox. 30 minuts)
INTRODUCCIÓ
Com vam indicar al principi d'aquest quadern, la química estudia la
transformació de la matèria. En aquest sentit l'home no sols ha preparat materials
nous d’interès, sinó que des de molt antic ha explotat el que les fonts naturals li
han proporcionat. En aquest apartat anem a parlar, molt breument, d'un conjunt
de compostos que per la seua estructura general es diferencien en les seues
propietats de les molècules discretes a les que estem acostumats.
Ens referim als polímers, aquest són estructures constituïdes per un gran
nombre d'unitats (poli = molts; mer = unitat).
Són polímers naturals, el cotó i la cel·lulosa (carbohidrats), la seda i la llana
(proteïnes) i el cautxú (hidrocarburs), entre altres, que com tots sabeu són
materials que utilitzem quotidianament.
Els polímers també poden ser d'origen sintètic, de fet l'home ha
desenvolupat procediments industrials per a la preparació de productes d’interès.
Un d'ells és el niló que com tots sabem (o sabrem en un moment donat) es tracta
en general d'un conjunt d'estructures de poliamida (per l'agrupació amida
repetitiva en la cadena) que té com a característiques principals una gran
resistència i capacitat de filar-se el que fa que puga utilitzar-se com a fibra.
Una fibra polimèrica és un polímer les cadenes del qual estan esteses
linealment una al costat de l'altra al llarg d'un eix.
Els polímers ordenats d'esta manera poden ser filats i usats com a tèxtils.
Tot això es deu a la intensitat de les interaccions intermoleculars que
s’estableixen entre cadenes.
No hem d'oblidar que les molècules no estan aïllades sinó que interaccionen
amb les entitats químiques que tenen al seu voltant d'ací que parlem
d'interaccions intermoleculars, ja siga amb molècules del dissolvent o molècules
veïnes. Són interaccions dèbils però responsables de l'estat d'agregació de la
matèria. Els enllaços per pont d'hidrogen i altres més dèbils mantenen fortament
unides les cadenes encara que se sotmeta a la fibra polimèrica a fortes estirades.
21
OBJECTIUS
Obtenció i maneig d'un polímer lineal.
Estudi d'una reacció de condensació.
En aquesta experiència anem a sintetitzar un polímer molt utilitzat industrialment,
com és el niló 6,10. Com a curiositat direm que NYLON és l’acrònim de New YorkLondon. Per a això farem reaccionar una diamina amb un derivat d'àcid carboxílic
per a formar l'agrupació amida característica d'estes poliamides.
En aquest cas, les interaccions per pont d'hidrogen entre els grups NH de l'amida
i les agrupacions carboníliques de cadenes veïnes aporten al dit material les
propietats que el caracteritzen.
O
O
H
N
N
H
N
H
O
O
O
H
N
N
H
N
H
O
O
N
H
N
H
N
H
O
H
N
N
H
O
22
NH
Equació química
Figura: Niló 6,10
PREGUNTES PRÈVIES
- Si en comptes d'afegir una diamina, utilitzàrem una monoamina (1-hexilamina),
què creus que obtindríem? Seria un polímer?
- En la reacció química exposada en l’equació de dalt, quin altre producte es
formarà?
(Una pista: l'hidròxid de sodi el neutralitza)
MATERIAL
REACTIUS
Got de precipitats de 20 mL
Na2CO3·10 H2O (5 g de Na2CO3·10 H2O / 100 mL
aigua)
Proveta de plàstic o alguna cosa Cloruro de sebacoil, sebacoyl dichloride
similar per a enrotllar el fil
(decanedioyl dichloride) (10 g en 100 mL d’hexà)
Pinces
1,6-hexametilendiamina, 1,6-diaminohexane
(4 g de 1,6-diaminohexane es dissolen en 100 ml
de Na2CO3 aquós)
Hexà, hexane.
Fenolftaleina 1 % en etanol
PROCEDIMENT EXPERIMENTAL
Avís: Es treballarà en vitrina, amb ulleres i guants
S’aboquen 2 mL d’una dissolució d’hexametilendiamina en un vas de precipitats de 20 mL
perfectament net.
23
S’afegeixen 2 gotes de fenolftaleïna.
A partir d’aquest moment el got es deixarà en
repòs i sense moure’l.
Es prenen, amb una pipeta de plàstic, 2 mL de
la
dissolució
de
clorur
de
sebacoyl
y
s’aboquen lentament, per la paret del vas,
sobre la dissolució d’hexametilendiamina.
Es formaran dues capes i inmediatament apareixerà
una pel·lícula de polímer en la interfase. Amb ajuda
d’unes pinces, es desenganxen suaument els fils de
polímer de les parets del vas de precipitats.
S’ajunta la massa en el centre del vas, s’alça lentament la pinça de manera que la
poliamida vaja formant-se contínuament i s’obtinga un fil de gran longitud que
s’enrotllarà al voltant de la proveta de plàstic. El fil pot trencar-se si s’estira amb
massa rapidesa, però serà molt gruixut si es va molt lent, és per tant que la
persona més “hàbil” aconseguirà el fil més llarg.
24
Una vegada finalitzat el procés, la
proveta amb el fil enrotllat es renta
sota l’aixeta per eliminar les restes
de dissolvent i el niló obtingut es
desenrotlla sobre la bancada per a
amidar la seua longitud.
La dissolució que ha sobrat en el vas es dipositarà en el recipient de residus per
dissolvents halogenats. El vas es rentarà amb aigua i sabó, fregant amb el fregall
per eliminar possibles restes de niló sobre les parets.
OBSERVACIONS EXPERIMENTALS I QÜESTIONS.
- Per què cal rentar diverses vegades amb aigua el polímer abans d'assecar-lo?
- Per què cal addicionar lentament i per la paret del got la dissolució de clorur
d'adipoíl?
- Per què es formen dos capes? Què hi ha en cada una d'elles? Què ocorre en la
interfase?
BIBLIOGRAFIA
Horta, A., Sánchez, C.; Pérez, A.; Fernández, I., Els Plàstics més usats. UNED
, 2000. Madrid
Primo Yúfera E. Química Orgànica Bàsica. De la molècula a la Indústria. Ed.
Reverté. 1995.
Vollhardt, K.P. Schore N.S. Química Orgànica. Estructura y Función. Tercera Ed.
Omega, Barcelona, 2000.
Areizaga, J.; Cotázar M.M.; Elorza, J.M.; Iruin, J.J., Polímeros, Ed. Síntesis. 2002.
http://mmedia.uv.es/buildhtml?lang=es_ES&user=tcliment&name=nylon.mp4&path=/BACHILLER/&id=8034&auth=DT257VUITH
25
5.3. COM ESBRINAR LA COMPOSICIÓ D'UNA DISSOLUCIÓ DESCONEGUDA
PER MITJÀ D'ANÀLISI QUALITATIVA? (aprox. 60 minuts)
INTRODUCCIÓ
INTERÉS DE L'ANÀLISI QUALITATIVA
El químic i el medi ambient
La química és una ciència que proporciona els coneixements fonamentals
necessaris per a respondre a la majoria de les demandes de la societat: és un
component essencial en els esforços de l'home per a alimentar a la població, per
a generar noves fonts d'energia, per a trobar substituts rars o en vies d'extinció,
per a millorar la salut, per a controlar i protegir el nostre medi ambient, per a la
preparació de nous materials d’interès.
No obstant, hi ha molts prejudicis sobre la química: en molts ambients esta
paraula s'ha convertit en sinònim de contaminació, manipulació, desnaturalització,
etc. Centrant la nostra atenció en el medi ambient, tots podem coincidir que és
necessari i urgent mantenir-lo en les millors condicions possibles.
Des de la
revolució industrial i, especialment en les últimes dècades, les activitats humanes
han causat pertorbacions significatives en el medi ambient. Destaquen
l'escalfament global, la pluja àcida, la reducció de la capa d'ozó, l'acumulació de
residus tòxics i l'empobriment dels recursos d'aigües naturals. El nombre de
compostos contaminants que s'introdueixen en el medi ambient supera la xifra de
60000.
De particular importància és el problema dels abocaments contaminants a
l'aigua. Esta és el medi fonamental per a la vida i és crucial per a les activitats
26
humanes. La circulació de l'aigua a través dels diferents reserves naturals es
coneix com a cicle de l'aigua (vore Figura 2).
La química ens ofereix les ferramentes necessàries per a detectar i resoldre la
contaminació dels nostres rius, llacs, mars, etc.
Com a exemple en esta pràctica es va a detectar la presència de níquel, coure i
crom a nivells superiors als permesos en aigües de consum. Les fonts que
generen més emissions metàl·liques són la mineria (As, Cu, Cd, Pb, Mn i Hg),
tractament de superfícies (Cd, Cr, Cu, Ag i Zn), indústria en general (B, Cd, Cu,
Fe, Pb,Mn, Hg, Mo, Zn i Ni) i les aigües residuals urbanes (Cu, B, Al, Fe, Pb, Zn i
Ni). Per a l'estudi es farà ús de la química analítica qualitativa que és molt
semblant a un joc de detectius. Els personatges d'una pel·lícula de detectius, per
mitjà de raonaments i mètodes d'investigació, poden arribar a identificar als
delinqüents i a descartar als innocents, sempre que les proves siguen suficients.
En química, les pistes que s'observen són proves que determinades espècies
poden estar presents en l'aigua.
Química-canvi químic.
D'una manera senzilla podem expressar el canvi químic segons s'indica en
el gràfic inferior. En anàlisi qualitatiu es fa ús d'aquests canvis (les pistes) per a
identificar la presència dels components (el culpable) d'una dissolució de
composició desconeguda (el cas).
Reordenación de los átomos de las moléculas de los reactivos
para formar
implica
Cambio químico
Moléculas de productos
Intercambio de calor
Producción de efervescencia
Puede detectarse
Cambio de color
Formación de precipitados
OBJECTIU
Identificar la presència de níquel, coure i crom.
27
QUÈ ANEM A FER I COM?
En aquests experiments s'estudiaran tres dissolucions marcades com 1
(dissolució de níquel), 2 (dissolució de coure) i 3 (dissolució de crom).
S'investigarà com es comporten a l'afegir-los tres dissolucions de reactius marcats
com A (hidròxid de sodi), B (amoníac aquós) i C (iodur potàssic). Fent acurades
observacions, es detectaran proves de reaccions químiques, com precipitats,
canvis de color, etc., que s'indicaran en una taula que ajudarà a reconèixer el
comportament característic de les tres dissolucions. En la dita taula s'escriurà:
(+):
Si s'observa una prova positiva de reacció
(groc):
Si la prova observada ha sigut un canvi de color, s'indicarà el color
que es forma (per exemple, si es produirà un color groc s'indicaria
així).
(↓ verd):
Si la prova observada ha sigut una formació de precipitat, s'indicarà
aquest signe i el color del precipitat (per exemple si es formara un
precipitat verd, s'indicaria així).
(-):
Si no s'observa cap prova de reacció
EXPERIMENTS A REALITZAR
Dissolució 1: Dissolució de Níquel (II)
Prepara 3 tubs d’assaig, a cada un ells addiciona 10 gotes de la dissolució 1.
•
En el primer tub addiciona una
gota de dissolució A (NaOH). Si
s’observa turbidesa és perquè
s’ha format un precipitat. Anota
el color.
•
A
continuació
s’afegeixen
15
gotes més d’A. Es redissol?
El Ni(II) reacciona amb el NaOH formant l’hidròxid Ni(OH)2 de color verd, que
precipita.
28
•
En el segon tub d’assaig addiciona 1 gota de la dissolució B (NH3). Si
s’observa canvi de color o formació de turbidesa. Anota el color obtingut.
•
Si s’afegeixen 15 gotes més de B, es redissol?
El Ni(II) reacciona amb el NH3(aq) formant un compost de coordinació (o
complex) de color blau.
•
En el tercer tub d’assaig addiciona 1 gota de la dissolució C (KI). S’observa
turbidesa o canvi de color? Anota el color obtingut.
El Ni(II) no reacciona amb el KI.
Dissolució 2: Dissolució de Coure (II)
-
Realitza els mateixos experiments amb la dissolució 2, indicant el que
ocorre en les caselles corresponents de la taula de resultats.
El Cu(II) reacciona amb el NaOH formant l’hidròxid Cu(OH)2 de color blau,
que precipita.
El Cu(II) reacciona amb el NH3(aq)
formant un compost de coordinació (o
complex) de color blau.
El Cu(II) reacciona amb el KI: es redueix
a Cu(I) i precipita formant el iodur CuI
(blanc) i I2 (roig) que s’adsorbeix al precipitat donant-li color rosat.
Dissolució 3: Dissolució de Crom (III)
-
Realitza els mateixos experiments amb la dissolució 3, indicant el que
ocorre en les caselles corresponents de la taula de resultats.
El Cr(III) reacciona amb
formant
l’hidròxid
el NaOH
Cr(OH)3
gris
verdós o violaci, però afegint unes
gotes més de reactiu es redissol
formant CrO2- de color verd, ja que el
crom presenta un caràcter amfóter.
El Cr(III) precipita amb el NH3(aq), a
29
causa del caràcter bàsic d’aquest, formant l’hidròxid Cr(OH)3 que es
redissol, parcialment a partir de 30 minuts o més temps, en excés de
NH3(aq) per formació d’aminocomplexes de color malva que es destrueixen
per ebullició.
El Cr(III) no reacciona amb el KI.
Identificació d’una dissolució problema:
Anem a estudiar si la dissolució conté algun dels 3 elements metàl·lics estudiats
tenint en compte que pot estar més diluït.
Prepara 3 tubs d’assaig, en cada un d’ells es col·locaran 10 gotes de la dissolució
problema i s’afegiran les dissolucions A, B i C de la mateixa manera que
anteriorment. Anota què ocorre en les caselles corresponents.
A la vista dels resultats obtinguts, conté algun dels tres elements estudiats?
Tots els residus generats s’abocaran al recipient disposat a tal efecte.
30
Reactius
TAULA DE RESULTATS EXPERIMENTALS
Dissolucions a estudiar
1 (Níquel)
2 (Coure)
3 (Crom)
Problema
A (NaOH)
1 gota
A (NaOH)
15 gotes
B
(NH3)
1 gota
B
(NH3)
15 gotes
C
(KI)
1 gota
BIBLIOGRAFIA:
1. F. Burriel Martí, F. Lucena Conde, S. Arribas Jimeno, J. Hernández Méndez,
Química Analítica Cualitativa, 17th Ed., Madrid, Paraninfo, 2000.
31
5.4. DIFUSIÓ DE GASOS: LA FORMACIÓ ACCIDENTAL DE CLORUR
D'AMONI (aprox. 30 minuts)
INTRODUCCIÓ
Un laboratori de química conté productes químics de diversa naturalesa.
Aquests han de ser manipulats amb cura, sent conscients que sense un
coneixement previ podríem exposar-nos a un risc innecessari. Per això hem de
conèixer les característiques de les substàncies. Aquestes han d'emmagatzemarse en els espais habilitats, tenint en compte que la incompatibilitat entre els
compostos químics i la tendència a emetre gasos d'alguns d'ells, són aspectes
que condicionen la seua conservació.
Així, no és convenient emmagatzemar substàncies amb caràcter àcid al
costat de substàncies bàsiques, ni tampoc és correcte situar substàncies
reductores pròximes de compostos amb caràcter oxidant. També és adequat
emprar recintes refrigerats per a minimitzar evaporacions i/o descomposicions de
reactius amb pressió de vapor alta o productes làbils. I per descomptat les
substàncies tòxiques han d'estar emmagatzemades en recintes especials.
No obstant, quan estem treballant tendim a descuidar aspectes de seguretat
tan evidents com els que acabem d'assenyalar, i substàncies incompatibles
acaben estant pròximes unes d'altres. En alguns casos s'observen canvis, però
en altres les reaccions secundàries que poden estar tenint lloc passen
inadvertides, amb el possible risc, davant de la descomposició i/o aparició d'altres
espècies.
En aquesta experiència es pretén incidir en aquest tipus d'aspectes per mitjà
d'un exemple senzill que observarem en la reacció que es produeix entre un àcid i
una base continguts en dos botelles independents. No és màgia, és química.
El clorur d'hidrogen és un gas soluble en aigua i el manipulem en dissolució
aquosa concentrada com àcid clorhídric (HCl). El mateix podem dir de l'amoníac,
un altre gas que en dissolució el reconeixem com NH3 (aq).
32
Dues botelles de vidre que continguen ambdues substàncies, poden ser
bons contenidors per a les mateixes, si el tancament és hermètic. En aquest cas, i
com no hi ha fugues, la concentració de les dissolucions roman constant.
No obstant, tal com veiem en la imatge, quan les botelles no disposen de
tancament hermètic, després de diversos dies, s'observa l'aparició d'un sòlid
blanc en el coll d'una de les botelles, si ambdues es troben pròximes.
Figura 1. Fotografia de dues botelles d'amoníac i àcid clorhídric en el laboratori.
Es produeix una reacció de neutralització entre l'àcid i la base l'equació de
la qual és la que es mostra a continuació:
3 δ−
N
H
δ+
+
H
H
H
δ+
+
δ+
H
δ−
Cl
N
H
H
H
Cl
δ+
Figura 2. Representació esquemàtica de la reacció química. Es mostra a més la
geometria de les espècies implicades (Nota: falta el par solitari en el N).
OBJECTIU
Estudiar la formació de clorur d’amoni per difusió de clorur d'hidrogen i
amoníac.
33
Nosaltres anem a observar la formació del mateix producte en l'interior d'un
tub cilíndric de vidre, en els extrems del qual col·locarem dues cubetes que
contindran uns mil·lilitres de HCl i NH3 respectivament.
La visualització de la formació del productes es portarà a terme mitjançant
la dispersió de la llum.
QÜESTIÓ PRÈVIA
Justificar per què el sòlid blanc de la figura 1 es forma al voltant del tap de
la botella de HCl, i no sobre l'altre.
Solució: La difusió és el procés de mescla que té lloc entre partícules d'un
fluid pel moviment tèrmic aleatori d'una zona de major concentració a una altra de
menor. Les molècules d'amoníac són més lleugeres i, per això, es difonen més
ràpid que les de clorur d’hidrògen i conseqüentment, les molècules de NH3 i de
HCl col·lisionen més a prop de la botella de l'àcid, formant-se el sòlid més a prop
de la font de HCl(g).
El procés pel qual un gas s'escapa a través d'un orifici es denomina efusió.
Atès que la massa de les molècules de NH3 és menor, tenen major velocitat a la
mateixa temperatura.
La relació entre velocitats d'efusió i massa molar, M, per a dos gasos, es
va descobrir experimentalment per Thomas Graham (1805-1869), abans del
desenvolupament de la teoria cinètic molecular dels gasos.
En el cas que ens ocupa, la llei de Graham és:
velocidad efusión NH3
MHCl
36.46g / mol
=
=
= 1.46
velocidad efusión HCl
MNH3
17.03g / mol
S'ha considerat que els taps i buits són anàlegs.
MATERIAL I REACTIUS
− Tub de vidre de 50 cm de longitud i 3 cm de diàmetre.
− Dues cubetes - pesasubstàncies
− Punter làser
− Acid clorhídric concentrat i amoníac aquós concentrat
34
PROCEDIMENT EXPERIMENTAL
Avís: Es treballarà en vitrina, amb ulleres de seguretat i guants.
1.- Ens assegurarem aque el tub de vidre està net i sec per l’interior. El
subjectarem amb una pinça i suport en posició horitzontal. La font de llum es
subjecta en un extrem del tub, de manera que el feix ho travesse
longitudinalment.
2.- Observam que el feix de llum no es veu perquè no hi ha res que s’interpose en
el seu camí.
3.- Omplim un dels pesasubstàncies de plàstic amb uns pocs mililitres d’àcid
clorhídric cocentrat i l’altra, amb amoniac aquós concentrat. S’introdueixen els
pesasubstàncies de plàstic, cada un en un extrem del tub de vidre al mateix
temps. A continuació es tapa l’extrem del tub on está el pesasubstàncies de
plàstic amb el HCl amb un got i l’altre extrem amb el làser.
4.- Al cab d’uns minuts observarem la formació d’un anell blanc de clorur d’amoni
sòlid. La llum es fa visible a l’impactar amb les partícules de clorur d’amoni que es
formen en suspensió.
Láser
NH4Cl
HCl
NH3
Al finalitzar, es buida el contingut de cada pesasubstàncies de plàstic en les
ampolles de residus de HCl i NH3 disposades a tal fi. Els pesasubstàncies de
plàstic no es rentaran, sinó que es deixaran al costat de les ampolles originals
perquè sempre siguen usats amb el mateix reactiu.
OBSERVACIONS EXPERIMENTALS I QÜESTIONS.
Qüestió 1. On s’ha format el clorur d’amoni?, a prop del pesasubstàncies de
plàstic amb àcid clorhídric o del que conté amoni aquós? Per què?
Qüestió 2. Per què ha d’estar sec el tub?
Qüestió 3. Per què han d’introduir-se alhora els pesasubstàncies de plàstic?
Qüestió 4. Per a què tanquem els extrems del tub? Què passaria si els deixàrem
oberts amb la campana extractora en marxa?
BIBLIOGRAFIA
1.
G. Pinte, Education ‘in’ Chemistry, Vol. 40, pp. 80-81 (2003).
2.
T.L. Brown, H.E. LeMay and B.E. Bursten, Chemistry: The Central Science, 7th Ed. New
York: Prentice Hall, 1997.
3.
J. Morcillo, Temes Bàsics de Química, 2nd Ed. Madrid: Alhambra, 1977.
35
5.5. L'OXIGEN I L'AIGUA (aprox. 30 minuts)
INTRODUCCIÓ
L'oxigen (O) és el tercer element més abundant en l'univers, després de
l'hidrogen (H) i l'heli (He). Es tracta d'un element essencial per a la vida. L'aire que
respirem conté principalment O2(g) i N2(g). L'oxigen que inhalem en forma de
molècula diatòmica intervé en processos bioquímics (reaccions químiques en la
fisiologia dels sers vius) proporcionant-nos, entre altres, l'energia que necessitem
per a mantenir-nos amb vida. El tornem en forma de diòxid de carboni (CO2) que
capturat per les plantes es transforma, per acció de la llum ultraviolada, en O2 que
se cedeix de nou a l'atmosfera.
L'element oxigen, combinat amb altres elements, és el més abundant de
l’escorça terrestre i quasi la meitat dels elements naturals es troben en la
naturalesa combinats amb l'oxigen. La combinació de silici i oxigen (silicats i
sílice) constitueix les tres quartes parts de l’escorça terrestre.
Quant al seu caràcter químic, té la capacitat d'oxidar altres substàncies.
Amb la matèria orgànica aquest procés pot ser ràpid i intens, com en un foc; o pot
ser suau i lent com en un ser viu. En ocasions s'empra com a desinfectant. En el
laboratori és un oxidant eficaç.
OBJECTIU
Detectar la presència d'oxigen dissolt en aigua.
QUÈ ANEM A FER I COM?
En esta experiència es pretén analitzar la influència de l'oxigen en alguns
processos químics, concretament en una reacció d'oxidació.
La presència d'un indicador redox (substància que presenta diferent
coloració en funció del grau d'oxidació) assenyalarà les característiques oxidantreductores del medi de reacció. Quan el medi és molt oxidant, l'indicador es
trobarà en la seua forma oxidada.
Mentre que si el medi és reductor, sense agent oxidant, l'indicador es
trobarà en la seua forma reduïda. Si l'agent oxidant que estem utilitzant és
36
l'oxigen, en presència del mateix l'indicador estarà oxidat i amb la coloració pròpia
d'aquesta forma, mentre que a mesura que l'oxigen es consumeix l'indicador
virarà cap a la coloració forma reduïda.
En aquesta experiència anem a utilitzar blau de metilé que en la seua
forma oxidada és blau, mentre que en la seua forma reduïda és incolor. La
glucosa és un monosacàrid reductor, susceptible de
ser oxidat. Si mesclem una dissolució alcalina de
glucosa amb una altra de l'indicador preparada en
atmosfera d'oxigen, la dissolució resultant inicialment
apareixerà de color blau intens.
En canvi la dissolució es tornarà incolora a mesura que la glucosa va
consumint la forma oxidada de l'indicador, augmentant així la concentració
d'indicador en la seua forma reduïda. A l'agitar la botella que conté la mescla al
medi alcalí de glucosa i blau de metilé, forcem que l'O2(g), un gas poc soluble en
aigua, es dissolga parcialment, O2(aq). D'aquesta manera aconseguirem que
l'oxigen provoque l'oxidació de l'indicador, fet que es posa de manifest per la
coloració blava que adopta la dissolució. Amb el pas del temps, la glucosa va
reduint la forma oxidada de l'indicador i per tant la dissolució es torna
progressivament incolora.
Les equacions químiques que es mostren a continuació reflecteixen
esquemàticament el que s’ha raonat anteriorment.
OHO2 (aq)
O2 (g)
O2 (aq)
GlOH (aq)
GlO- (aq)
productos de oxidación de la glucosa
+ GlOH (aq)
+
InR
+ OH-
+
InOx
O2 (aq)
InOx
GlO- (aq)
InR
+ H2O
+ productos de oxidación de la glucosa
37
MATERIAL I REACTIUS:
Botella amb tap de rosca
NaOH
Glucosa
Blau de metilé
Aigua
EXPERIMENT A REALITZAR
Es dissolen 2 llentilles de NaOH en 25 ml d'aigua dins de la botella amb tap
de rosca. S'afegeixen 0,8 g de glucosa i s'agita fins a completar la dissolució dels
sòlids. Llavors s'addicionen 2 o 3 gotes d'una dissolució de blau de metilé
preparada al 0,1% en etanol. S’agita el vial i es deixa reposar. La dissolució blava
resultant anirà perdent la seua coloració després d'uns 2 o 3 minuts. S’agita de
nou i s’observa el canvi de color.
QÜESTIÓ
Per què al final de la sessió i després d'agitar la botella, observem que la
coloració blava no és tan intensa com al principi de la sessió?
Tots els residus generats s'abocaran en el recipient
RESIDUS D'ÀLCALI
BIBLIOGRAFIA
‘Experiments de Química Clàssica’, The Royal Society of Chemistry: Editorial
Síntesi.
38
5.6. DEMOSTRACIONS A CÀRREC DELS PROFESSORS
En l'ensenyament de la química, ens trobem amb la necessitat de realitzar
experiències que mostren algun dels aspectes teòrics desenvolupats a classe.
En la major part dels casos, l'escàs temps disponible dificulta la realització de
treballs pràctics, per la qual cosa pretenem desenvolupar una sèrie d'experiències
que requerisquen poc temps al mateix temps que s'utilitzen reactius i equips de
laboratori de preus mòdics i fàcilment accessibles que posen de manifest algunes
de les propietats i/o tipus de reacció que habitualment es tracten en els
programes de Batxillerat.
En aquesta sessió es plantegen d'una banda, diverses reaccions
exotèrmiques que es poden utilitzar com a demostracions a realitzar pel
professor, i d'altra banda una sèrie de reaccions químiques senzilles a realitzar
directament pels alumnes.
A) EXPERIMENTS AMB NITROGEN LÍQUID
Introducció
El nitrogen és un gas en condicions normals però, si es refreda es pot condensar,
obtenint-se un líquid incolor i inodor, però que atès que es troba a molt baixa
temperatura (-196 ºC), per contacte provoca greus cremades.
El nitrogen líquid es conserva en recipients Dewar, que són recipients molt ben
aïllats tèrmicament, per a evitar que el nitrogen s'evapore ràpidament.
L'objectiu d'aquesta demostració és posar de manifest que a temperatures molt
baixes les propietats de moltes substàncies canvien de forma important.
Procediment Experimental
1.- Omplir fins a la meitat un got Dewar d'1 litre i submergir una flor, subjectant-la
acuradament per la tija. Esperar uns moments fins que es refrede la flor. Quan
s'haja refredat traure-la, i colpejar-la acuradament amb els dits.
2.- Prendre un tub de goma verge i intentar trencar-lo. Atès que és flexible és
impossible trencar-lo. A continuació submergir-lo en nitrogen líquid. A esta
39
temperatura el tub es torna rígid i és fàcil trencar-lo al doblar-lo.
3.- Submergir un globus unflat (ple d’aire) i observar que ocorre amb el seu
tamany.
Bibliografia
B Z. Shakhashiri. “Chemical Demonstrations”. University of Wisconsin Press,
Madison.
B) REACCIONS FORTAMENT EXOTÈRMIQUES
B.1. REACCIÓ ENTRE IODE I ALUMINI
Introducció
Les reaccions de metalls amb els halògens són exemples típics de reaccions
redox. Donada la gran diferència en capacitat reductora que exhibeixen els
diferents metalls, així com el diferent poder oxidant dels halògens, podem trobar
reaccions que ocorren en condicions diverses amb canvis energètics molt variats.
L'exemple següent és un cas d'una reacció exotèrmica que ocorre entre dos
sòlids.
Reactius
Iode (sòlid) i Alumini en pols.
Mètode Operatiu
Es pesen 2 g de iode sec i s'afegeixen 0.3 g, d’Al en pols (PRECAUCIÓ: L'Al en
pols és molt lleuger i si es manipula sense cura pot estendre's per tot el
laboratori). Dipositar aquests dos sòlids sobre una placa resistent a la calor (una
placa d'uralita serveix) que estarà dins de la vitrina i mesclar-los bé amb una
espàtula, però anant amb compte de no picar-los, perquè podria començar la
reacció. Es forma com un volcà amb la mescla i s’afegeix una gota d'aigua dins
del cràter. Al cap d'uns segons s'observa la formació de vapor d'aigua i es
desprenen uns núvols de color púrpura del iode gasós, la qual cosa mostra que
ha començat la reacció. Després d'uns segons la mescla s'inflamarà.
40
Teoria
La reacció és molt exotèrmica i pot començar-se per diversos procediments.
L'addició d'aigua té la missió de dissoldre un poc de iode i facilitar el contacte dels
reactius.
Per a comprovar la composició dels productes de reacció es pot dissoldre la
pols blanca resultant de la mateixa en aigua i addicionar nitrat de plata. La
formació del precipitat groc de iodur de plata, indica la presència de iodur.
Ampliacions
El procés pot realitzar-se amb clor o amb brom, però la major toxicitat
d'estos elements no ho fan aconsellable.
L'alumini es pot substituir fàcilment per altres metalls, com el ferro, i fins i tot
el sodi, però en aquest cas les precaucions per a portar a terme la reacció són
més importants.
Bibliografia
Ted Lister. “Experiments de química clàssica”. Ed. Síntesi, Madrid
B Z. Shakhashiri. “Chemical Demonstrations”. University of Wisconsin Press,
Madison.
B.2. REACCIÓ DEL CLORAT POTÀSSIC FOS AMB FUSTA
En un tub d'assaig Pyrex, s'introdueix una xicoteta quantitat de KClO3 sòlid.
Es col·loca el tub en una pinça en la vitrina i amb l'encenedor Bunsen s'escalfa
fins que fonga la sal. Una vegada fosa, s'apaga l’encenedor i sobre la sal fosa
s'afegeix un furgadents de fusta.
Al cap d'uns instants comença la combustió de la fusta de forma molt
espectacular.
Bibliografia
H. Römpp. “Química Inorgànica Experimental”. Ed. ARS, Barcelona.
41
6.PASSATEMPS QUÍMICS
1. Sistema periòdic
A continuació et donem una llista de 21 elements químics, que s’identifiquen amb
altres 21 lletres del alfabet entre la A i la U (A, B, C, D, E ...), i una sèrie de pistes
que t’ajudaran a saber quin element químic correspon a cada lletra. La teua
missió és aconseguir esbrinar de quins elements es tracta, emparellar cada lletra
de l’abecedari amb el seu element i col·locar cada lletra en la casella, en blanc,
que li correspon dins del sistema periòdic.
14.- S és un metall molt pesat
15.- C és un metall que s’utilitza per a soldar connexions
elèctriques
1.- E, F, O, P y Q són gasos.
2.- F és l’element més abundant en l’univers
3.- Q està present en el Sol
16.- R s’utilitza en la fabricació de microxips i dóna nom a
una coneguda vall
4.- Sense E no podríem respirar
17.- M i T pertanyen al mateix grup que U
5.- O s’afegeix a l’aigua de les piscines per a eliminar gèrmens 18.- U és l’únic dels tres que té un color que s’aproxima
més al blanc - gris
6.- P i Q pertanyen al mateix grup del sistema periòdic
19.- M és un metall molt més barat que T
7.- P és molt important en els anuncis lluminosos
20.- L és un metall que s’utilitza en la fabricació de les
monedes d’euro
8.- F, G y H pertanyen al mateix grup del sistema periòdic
9.- G és un dels elements components de la sal comuna.
21.- A és un metall preciós
10.- I pertany al grup 2 del sistema periòdic
11.- N és un metall molt utilitzat en la vida diària i pertany al
grup 13
12.- D, R, C y S pertanyen al mateix grup del sistema periòdic
13.- D és l’element que forma part del diamant y del grafit
22.- De l’element I sol dir-se que és molt important per als
ossos
23.- K és un metall que l’atrauen els imants
24.- J és un metall que s’utilitza per a recobrir amb una
capa brillant i protegir als altres metalls
25.- B és un metall que a T ambient és líquid.
42
2. Sopa de lletres Periòdica
En la següent sopa de lletres pots trobar els noms de 13 elements químics.
3. Sopa de lletres
En la sopa de lletres que presentem a continuació s’amaguen els noms 10
científics famosos. ¿T’atreveixes a trobar-los?
43
Solucions als passatemps:
1.
Pt, Hg, Sn, C, O; H, Na, K, Ca, Cr, Fe, Ni, Cu, Al, Cl, Ne, He, Si, Pb, Au, Ag.
2.
Bario, Cálcio, Oro, Estaño, Plomo, Helio, Potasio, Yodo, Cloro, Hierro, Hidrógeno, Cromo
3.
Pascal, Einstein, Newton, Joule, Arquímedes, Volta, Ampere, Ohm, Watt, Bohr.
44