4823 EXPERIMENTACIÓN EN QUÍMICA...

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EXPERIMENTACIN EN QUMICA FSICA

PROFESORES:

Joaqun Ortega Castro Toni Salv Salv Agust Vergs Aguil Bartolom Vilanova Canet Curso 2007-08

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ndice

Normas de funcionamiento. Fechas a recordar ............................................................4

Normas bsicas de laboratorio........................................................................................5 Clasificacin de peligrosidad de los productos qumicos .6

Clasificacin de las prcticas ........................................................................................13

P-1: Evaluacin de la constante de disociacin de un indicador ..............................14

Material y reactivos ........................................................................................................................................................ 14

Introduccin Terica ...................................................................................................................................................... 14

Procedimiento Experimental ......................................................................................................................................... 15

Presentacin de Resultados............................................................................................................................................ 16

Cuestiones........................................................................................................................................................................ 22

P-2: Espectroscopia Atmica.........................................................................................23

Material ........................................................................................................................................................................... 23




Cuestiones........................................................................................................................................................................ 29

P-3: Determinacin de la Concentracin Micelar Crtica...........................................30

Material y reactivos ....................................................................................................................................................... 30




Cuestiones........................................................................................................................................................................ 31

P-4: Determinacin del peso molecular de un polmero por medidas de viscosidad32



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Cuestiones........................................................................................................................................................................ 35

P-5: Clculo de constantes de disociacin y productos de solubilidad mediante medidas de conductividad...............................................................................................36





Cuestiones........................................................................................................................................................................ 39

P-6: Influencia de la fuerza inica sobre la constante cintica de una reaccin 40





Cuestiones........................................................................................................................................................................ 44

P-7: Determinacin de la isoterma de adsorcin del cido oxlico en disolucin acuosas sobre carbn activo ......................................................... 45





Cuestiones........................................................................................................................................................................ 47

CONCEPTOS GENERALES..............................................................................................48

1.-Espectroscopia .............................................................................................................................................................48

2.-Adsorcin .................................................................................................................................................................... 52

3.-Tensin Superficial .................................................................................................................................................... 53

4.-Coloides. Micelas ....................................................................................................................................................... 53

5.-Viscosidad ................................................................................................................................................................... 55

Experimentacin en Qumica Fsica

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Normas de funcionamiento. Fechas a recordar 1. La asistencia, desarrollo de las prcticas y entrega del cuaderno de

prcticas es obligatorio para poder superar la asignatura. 2. El horario de las sesiones prcticas es de 15:30 a 19:30. Para poder

finalizar las prcticas en este periodo de tiempo, es imprescindible que el alumno se haya familiarizado con el procedimiento experimental que se describe en el guin de prcticas con anterioridad a su realizacin. Asimismo, se aconseja que, antes de empezar cualquier prctica en el laboratorio, se realicen previamente todos los clculos necesarios para la preparacin de disoluciones. Para ello se ha elaborado un guin de prcticas.

3. Los datos experimentales, su tratamiento y los resultados obtenidos, y

otras informaciones necesarias para la realizacin de la prctica deben conformar el cuaderno de laboratorio.

4. Despus de la realizacin de cada prctica deben entregarse una serie de

cuestiones. Es imprescindible su entrega para dar la prctica por finalizada. Estas cuestiones tendrn un valor mximo del 15% de la nota total.

5. El plazo lmite para la entrega del cuaderno de prcticas es el 30 de abril

de 2008. La nota de este cuaderno es de un 50% de la nota total. El cuaderno de prcticas es un documento elaborado con posterioridad a la prctica, que debe contener como mnimo una seccin de objetivo de la prctica, resultados, tratamiento y discusin de los resultados obtenidos. No confundir el cuaderno de prcticas con el cuaderno de laboratorio.

6. El da 13 de marzo de 2008 se realizar una prueba experimental en el

laboratorio. Consiste en realizar una prctica relacionada con la materia. La puntuacin de dicha prueba (35%) se otorgar en funcin de la metodologa experimental utilizada, obtencin y tratamiento de resultados, etc. Para la realizacin de la prueba se podr disponer del cuaderno de laboratorio realizado por el alumno y del guin de prcticas.

7. La fecha prevista para el examen de la asignatura es el da 9 de junio de

2008. A este examen debern presentarse aquellos alumnos que no hayan superado la puntuacin de 5.0 tras valorar las cuestiones, el cuaderno de laboratorio y el examen prctico. Adems tambin podrn presentarse aquellos alumnos que deseen subir nota.


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Normas bsicas de laboratorio 1. La bata de laboratorio es absolutamente imprescindible para la realizacin

de cualquier prctica. 2. Queda totalmente prohibido fumar, comer o beber en el laboratorio. 3. Antes de comenzar la prctica revise el material y si todo est conforme

firme la ficha correspondiente. Si no es as, hable con el profesor. En caso de rotura de material, notifqueselo al profesor.

4. Cuando termine la prctica debe lavar el material de laboratorio que est

sucio de forma que el siguiente alumno se haga cargo de ese material lo encuentre perfectamente usable.

5. Cada da, antes de que una prctica se d por acabada, debe hablar con el

profesor y mostrarle los resultados obtenidos.

COMPUESTOS ORGANICOS 6. Los residuos orgnicos no deben arrojarse por el desage. En el laboratorio

hay dos contenedores de plstico para la recogida de residuos orgnicos, uno para no clorados y otro para compuestos clorados.

7. Para pipetear lquidos utilice siempre la pera de goma. 8. Cuando haya terminado de pesar o de pipetear un producto que necesite,

devulvalo a la estantera de donde lo ha cogido.

AGUA Y GAS 9. Extreme las precauciones con el agua y cuando haya acabado el

experimento cierre los grifos.

PESADA 10. No pese nunca directamente sobre el plato de la balanza, ni sobre un papel.

Utilice un vaso de precipitados o un pesafiltros. 11. Durante la pesada el plato de la balanza debe estar muy limpio. Cuando

haya terminado de pesar, la balanza y la mesa deben quedar bien limpias.

METALES PESADOS

12. Los residuos de metales pesados se depositan en un contenedor de plstico

que se encuentra en el laboratorio para tal fin.


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CLASIFICACIN DE PELIGROSIDAD DE LOS PRODUCTOS QUMICOS

1. Etiqueta

La etiqueta es, en general, la primera informacin que recibe el usuario y es la que permite identificar el producto en el momento de su utilizacin. Todo recipiente que contenga un producto qumico peligroso debe llevar, obligatoriamente, una etiqueta bien visible en su envase (Figura 1) que, redactada en el idioma oficial del Estado, contenga:

Fig. 1: Etiqueta de un producto qumico

Nombre de la sustancia o del preparado. Incluido, en el caso de los preparados y en funcin de la peligrosidad y de la concentracin de los distintos componentes, el nombre de alguno(s) de ellos Nombre, direccin y telfono del fabricante o importador. Es decir del responsable de su comercializacin en la Unin Europea (UE). Smbolos e indicaciones de peligro para destacar los riesgos principales (Figura 2).


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Fig. 2: Smbolos e indicaciones de peligro de las sustancias y preparados peligrosos

E EXPLOSIVO O COMBURENTE F FCILMENTE INFLAMABLE F+EXTREMADAMENTE INFLAMABLE

T TXICO T+ MUY TXICO

Xn NOCIVO Xi IRRITANTE

C CORROSIVO

N PELIGROSO PARA EL MEDIO AMBIENTE


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2. Riesgos especficos y consejos de prudencia

Naturaleza de los riesgos especficos atribuidos a las sustancias y preparados peligrosos: frases-R

R1 Explosivo en estado seco

R 2 Riesgo de explosin por choque, friccin, fuego u otras fuentes de ignicin

R 3 Alto riesgo de explosin por choque, friccin, fuego u otras fuentes de ignicin

R 4 Forma compuestos metlicos explosivos muy sensibles

R 5 Peligro de explosin en caso de calentamiento

R 6 Peligro de explosin, en contacto o sin contacto con el aire

R 7 Puede provocar incendios

R 8 Peligro de fuego en contacto con materias combustibles

R 9 Peligro de explosin al mezclar con materias combustibles

R 10 Inflamable

R 11 Fcilmente inflamable

R 12 Extremadamente inflamable

R 14 Reacciona violentamente con el agua

R 15 Reacciona con el agua liberando gases extremadamente inflamables

R 16 Puede explosionar en mezcla con substancias comburentes

R 17 Se inflama espontneamente en contacto con el aire

R 18 Al usarlo pueden formarse mezclas aire-vapor explosivas/inflamables

R 19 Puede formar perxidos explosivos

R 20 Nocivo por inhalacin

R 21 Nocivo en contacto con la piel

R 22 Nocivo por ingestin

R 23 Txico por inhalacin

R 24 Txico en contacto con la piel

R 25 Txico por ingestin

R 26 Muy txico por inhalacin

R 27 Muy txico en contacto con la piel

R 28 Muy txico por ingestin

R 29 En contacto con agua libera gases txicos

R 30 Puede inflamarse fcilmente al usarlo

R 31 En contacto con cidos libera gases txicos

R 32 En contacto con cidos libera gases muy txicos

R 33 Peligro de efectos acumulativos

R 34 Provoca quemaduras

R 35 Provoca quemaduras graves

R 36 Irrita los ojos

R 37 Irrita las vas respiratorias

R 38 Irrita la piel

R 39 Peligro de efectos irreversibles muy graves

R 40 Posibles efectos cancergenos

R 41 Riesgo de lesiones oculares graves

R 42 Posibilidad de sensibilizacin por inhalacin

R 43 Posibilidad de sensibilizacin en contacto con la piel


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R 44 Riesgo de explosin al calentarlo en ambiente confinado

R 45 Puede causar cncer

R 46 Puede causar alteraciones genticas hereditaria

R 48 Riesgo de efectos graves para la salud en caso de exposicin prolongada

R 49 Puede causar cncer por inhalacin.

R 50 Muy txico para los organismos acuticos

R 51 Txico para los organismos acuticos

R 52 Nocivo para los organismos acuticos

R 53 Puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acutico

R 54 Txico para la flora

R 55 Txico para la fauna

R 56 Txico para los organismos del suelo

R 57 Txico para las abejas

R 58 Puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambient

R 59 Peligroso para la capa de ozono

R 60 Puede perjudicar la fertilidad

R 61 Riesgo durante el embarazo de efectos adversos para el feto

R 62 Posible riesgo de perjudicar la fertilidad

R 63 Posible riesgo durante el embarazo de efectos adversos para el feto

R 64 Puede perjudicar a los nios alimentados con leche materna

R 65 Nocivo: si se ingiere puede causar dao pulmonar

R 66 La exposicin repetida puede provocar sequedad o formacin de grietas en la piel

R 67 La inhalacin de vapores puede provocar somnolencia y vrtigo

R 68 Posibilidad de efectos irreversibles


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Consejos de prudencia relativos a las sustancias y preparados peligrosos: frases-S

S 1 Consrvese bajo llave

S 2 Mantngase fuera del alcance de los nios

S 3 Consrvese en lugar fresco

S 4 Mantngase lejos de locales habitados

S 5 Consrvese en ... (lquido apropiado a especificar por el fabricante)

S 6 Consrvese en ... (gas inerte a especificar por el fabricante)

S 7 Mantngase el recipiente bien cerrado

S 8 Mantngase el recipiente en lugar seco

S 9 Consrvese el recipiente en lugar bien ventilado

S 12 No cerrar el recipiente hermticamente

S 13 Mantngase lejos de alimentos, bebidas y piensos

S 14 Consrvese lejos de ... (materiales incompatibles a especificar por el fabricante)

S 15 Conservar alejado del calor

S 16 Conservar alejado de toda llama o fuente de chispas - No fumar

S 17 Mantngase lejos de materias combustibles

S 18 Maniplese y brase el recipiente con prudencia

S 20 No comer ni beber durante su utilizacin

S 21 No fumar durante su utilizacin

S 22 No respirar el polvo

S 23 No respirar los gases/humos/vapores/aerosoles [denominacin(es) adecuada(s) a especificar por el fabricante]

S 24 Evtese el contacto con la piel

S 25 Evtese el contacto con los ojos

S 26 En caso de contacto con los ojos, lvense inmediata y abundantemente con agua y acuda a un mdico

S 27 Qutese inmediatamente la ropa manchada o salpicada

S 28 En caso de contacto con la piel, lvese inmediata y abundantemente con ... (productos a especificar por el fabricante)

S 29 No tirar los residuos por el desage

S 30 No echar jams agua a este producto

S 33 Evtese la acumulacin de cargas electroestticas

S 35 Elimnense los residuos del producto y sus recipientes con todas las precauciones posibles

S 36 Use indumentaria protectora adecuada

S 37 Use guantes adecuados


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S 38 En caso de ventilacin insuficiente, use equipo respiratorio adecuado

S 39 Use proteccin para los ojos/la cara

S 40 Para limpiar el suelo y los objetos contaminados por este producto, use ... (a especificar por el fabricante)

S 41 En caso de incendio y/o de explosin no respire los humos

S 42 Durante las fumigaciones/pulverizaciones, use equipo respiratorio adecuado [denominacin(es) adecuada(s) a especificar por el fabricante]

S 43 En caso de incendio, utilizar ... (los medios de extincin los debe especificar el fabricante). (Si el agua aumenta el riesgo, se deber aadir: "No usar nunca agua")

S 45 En caso de accidente o malestar, acuda inmediatamente al mdico (si es posible, mustrele la etiqueta)

S 46

En caso de ingestin, acuda inmediatamente al mdico y mustrele la etiqueta o el envase

S 47

Consrvese a una temperatura no superior a ... C (a especificar por el fabricante)

S 48 Consrvese hmedo con ... (medio apropiado a especificar por el fabricante)

S 49 Consrvese nicamente en el recipiente de origen

S 50 No mezclar con ... (a especificar por el fabricante)

S 51 Use nicamente en lugares bien ventilados

S 52 No usar sobre grandes superficies en locales habitados

S 53 Evtese la exposicin - recbense instrucciones especiales antes del uso

S 56

Elimnense esta sustancia y su recipiente en un punto de recogida pblica de residuos especiales o peligrosos

S 57

Utilcese un envase de seguridad adecuado para evitar la contaminacin del medio ambiente

S 59

Remitirse al fabricante o proveedor para obtener informacin sobre su recuperacin/reciclado

S 60 Elimnense el producto y su recipiente como residuos peligrosos


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S 61

Evtese su liberacin al medio ambiente. Recbense instrucciones especficas de la ficha de datos de seguridad

S 62

En caso de ingestin no provocar el vmito: acdase inmediatamente al mdico y mustrele la etiqueta o el envase

S 63

En caso de accidente por inhalacin, alejar a la vctima de la zona contaminada y mantenerla en reposo

S 64

En caso de ingestin, enjuguese la boca con agua (solamente si la persona est consciente


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Clasificacin de las prcticas Las siguientes prcticas tienen su base terica en la asignatura Qumica Fsica Avanzada. Siguiendo su temario las prcticas pueden ser agrupadas en diferentes secciones. Seccin A. Aplicaciones Espectroscpicas P-1. Evaluacin de la constante de disociacin de un indicador P-2. Espectroscopia Atmica Seccin B. Macromolculas y Tensoactivos P-3. Determinacin de la concentracin micelar crtica P-4. Determinacin del peso molecular de un polmero por medidas de viscosidad Seccin C. Fenmenos de transporte P-5. Clculo de constantes de disociacin y productos de solubilidad mediante medidas de conductividad P-6. Influencia de la fuerza inica sobre la constante cintica de una reaccin Seccin D. Fenmenos de Superficie P-7. Determinacin de la isoterma de adsorcin del cido oxlico en disolucin acuosa sobre carbn activo


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P-1: EVALUACIN DE LA CONSTANTE DE DISOCIACIN DE UN INDICADOR

Material y Reactivos Material -pH-metro -Espectrofotmetro -Cubetas de visible -11 matraces aforados de 100 mL -2 matraces aforados de 250 mL -1 pipeta de 20 mL -1 pipeta de 10 mL graduada -1 pipeta automtica de 0,1-1,0 mL -2 vasos de precipitados de 100 mL -1 pesasustancias -10 viales de 20 mL Reactivos -cido actico glacial -Hidrxido sdico -cido clorhdrico -Solucin de verde de bromocresol est preparada por el profesor; se ha disuelto 0.1 g de indicador en 14 ml de NaOH 0,01 M y posteriormente se ha adicionado agua hasta enrasar un matraz de 250 mL.

Introduccin Terica En esta prctica se determinar la constante de disociacin de un indicador mediante medidas espectrofotomtricas. Se estudiar un equilibrio cido-base de un indicador cuya forma cida presenta un determinado color y la forma bsica otro diferente. Este hecho permite aplicar el mtodo espectrofotomtrico en la zona del visible y seguir las variaciones de concentracin de las diferentes especies presentes en el equilibrio en funcin del pH. Este mtodo es vlido para cualquier tipo de compuesto que rena las siguientes condiciones: 1.-El compuesto a estudiar debe existir en dos formas, y solo dos, cuya proporcin puede variar al variar las condiciones (en este caso, al variar el pH) 2.-Ambas formas deben presentar un mximo de absorcin a diferentes longitudes de onda (en nuestro caso las presenta en la zona visible)


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El compuesto elegido para llevar a cabo este estudio es un indicador azoico, el verde de bromocresol (tetrabromo-m-cresol sulfoneftaleina). Su forma cida presenta un color amarillo intenso, mientras que la bsica es azul elctrico.

Procedimiento Experimental Se preparan tres disoluciones 0.1 M de NaOH (250 mL), cido actico (250 mL) y cido clorhdrico (100 mL). A partir de stas se preparan diez disoluciones de 100 mL (enrase con agua destilada), tal y como se indica en la siguiente tabla:

N disolucin Vol. NaOH 0.1 M (mL)

Vol. actico 0.1 M (mL)

Vol. HCl 0.1 M (mL)

1 20 - - 2 10 - - 3 10 10 - 4 10 15 - 5 10 20 - 6 10 25 3 7 10 30 5 8 10 35 9 9 - - 10 10 - - 20

Tomar 20 mL de cada una de estas disoluciones e introducirlas en un vial y

se les aade exactamente el mismo volumen de solucin del indicador. 1 mL es un volumen adecuado, pero debe ser exactamente el mismo para todas ellas.

Se registra el espectro de absorbancia de las disoluciones 1, 5 y 10 desde 350 hasta 720 nm mediante el programa Wavescan con un paso de 1nm. Se obtendrn una serie de curvas que idealmente deben tener un punto de interseccin comn a todas ellas, denominado punto isobstico. Para que una familia de curvas como stas presenten un punto isobstico se requieren dos condiciones: la concentracin total de indicador debe ser la misma en cada caso y el indicador debe existir en dos formas y slo dos, cuya proporcin vare al variar la condiciones (en este caso, al variar el pH). La obtencin de un buen punto isobstico es tambin indicacin de una buena tcnica experimental.

A continuacin se determinarn dos longitudes de onda que sean convenientes para seguir la variacin de concentracin de la especie cida y de la bsica. Lo mejor es utilizar las longitudes de onda en las que detectemos la mxima variacin de la absorbancia en funcin del pH, que suelen coincidir con los mximos de absorbancia de la forma cida del indicador, max, y el mximo de absorbancia de la forma bsica del indicador, maxA-.

Una vez determinadas dichas longitudes de onda se procede a calcular la constante de ionizacin del verde de bromocresol de la siguiente manera:

a) Se fija la longitud de onda en el espectrofotmetro maxAH. b) Introduzca agua destilada en la cubeta de referencia y compruebe que la absorbancia es igual a cero.


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c) Mida y anote la absorbancia de todas las disoluciones 1-10 a esta maxAH. d) Mida y anote el pH de todas las disoluciones 1-10. e) Repita los pasos b y c a la longitud de onda maxA-.

Se designa como R la absorbancia de la forma bsica (nica presente en la disolucin de hidrxido sdico, 1) y como P la absorbancia de la forma cida (presente en la disolucin de cido clorhdrico, 10), a una determinada longitud de onda (por ejemplo maxAH). A esta misma longitud de onda se lee el valor de la absorbancia que toman el resto de las disoluciones (2-9), A. Teniendo en cuenta que las concentraciones de las formas cida y bsica del indicador a cada pH se encuentran en la relacin de (R - A) a (A - P), se puede deducir la siguiente expresin para la constante de ionizacin:

[ ][ ]

[ ][ ]

A)(R

)P(AH

HA

AHKa

==

++

[1]

La concentracin de protones es conocida por la lectura del pH, por lo que

se puede calcular Ka fcilmente a partir de la ecuacin [1]. A continuacin se procede a repetir la misma metodologa para la otra

longitud de onda (maxA-.). Para ms informacin, consultar Physical Chemistry (6 Edicin), P.W.

Atkins, Oxford University Press, 1998, pg. 228 y siguientes.

Presentacin de Resultados

Si se aplican logaritmos decimales a ambos miembros de la ecuacin [1] y se opera, se obtiene:

AR

PAlogpKpH a

+= [2]

Esta es la relacin entre los valores de pH y los valores de absorbancia de las disoluciones del indicador medidos a una longitud de onda (por ejemplo maxA- ). Para calcular el pKa se debe realizar una regresin no lineal que dar como resultados los valores ajustados a los datos experimentales de que disponemos de pH, P y R. En dicha regresin se debe proporcionar valores iniciales de dichos parmetros. Para P y R usaremos los datos experimentales (es decir, P es la absorbancia de la forma cida en la disolucin de cido clorhdrico, 10 y R es la absorbancia de la forma bsica en la disolucin de hidrxido sdico, 1), mientras que para pKa se tomar un valor aproximado. La regresin no lineal se lleva a cabo con el programa Sigma Plot, un programa de representacin grfica y tratamiento de datos que utiliza el algoritmo de Marquardt-Levenberg para encontrar los parmetros que aporten el mejor ajuste entre la ecuacin terica y los datos experimentales. La regresin no lineal es un proceso iterativo, por lo que se modificar la ecuacin [2] para que el proceso de iteracin converja con mayor facilidad. A partir de la ecuacin [2] se puede deducir:


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)pKapH(10AR

PA =

[3]

y despejando A se obtiene: pKapH

pKapH

1010

10R10PA

+

+= [4]

La ecuacin [4] es la que se utilizar para el ajuste no lineal de los datos experimentales. Para utilizar el programa Sigma Plot siga las siguientes instrucciones: 1. Abra el programa SIGMAPLOT (INICIO => Programas => SigmaPlot) 2. En la parte superior de la ventana se encuentra la barra de mens para el acceso a las funciones del programa.

Los datos experimentales se introducen en las columnas 1 (pH) y 2 (valores de absorbancia). Es necesario tener en cuenta que el punto decimal debe escribirse como coma y no como punto (0,134 y no 0.134). 3. Representacin de los datos experimentales. Para ello debe clicar sobre la funcin: Graph => Create Graph y aparecer la siguiente ventana:


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4. Seleccione Scatter Plot (representar los datos experimentales) y pulse Siguiente. 5. A continuacin le aparecer la siguiente ventana:

con la opcin Simple Scatter representar un conjunto de puntos experimentales (x,y). 6. Pulse Siguiente y le aparecer la siguiente ventana:


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Con la opcin (XY pair) le indica al programa que los datos experimentales se encuentra en la hoja de datos en la forma (x,y). 7. Pulse Siguiente y seleccione las columnas de datos experimentales:

8. Pulse Finalizar y obtendr la representacin grfica de los datos experimentales

9. Con la funcin Graph => Graph Properties puede modificar las propiedades de la grfica (tamao y color de los puntos, escala, introducir texto, etc)


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10. El ajuste de regresin no lineal de los datos experimentales se llevar a cabo con la funcin: Statistics => Regresin Wizard

11. Seleccione la funcin (Exp-Quim-Fis) y a continuacin pulse Edit Code. Le aparecer la siguiente ventana:

Compruebe que la ecuacin que va a utilizar en el ajuste es la correcta (A= P y B= R). En la ventana de variables compruebe que ha asignado correctamente las variables (x = pH=col(1) ; y = Absorbancia=col(2)). Si lo desea puede cambiar los valores iniciales de pKa, P o R. 12. A continuacin pulse Run y el programa realizar el ajuste de regresin no lineal (se le ha indicado que realice como mximo 100 iteraciones). Cuando se alcance la convergencia aparecer la siguiente ventana:


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En esta ventana se muestra el valor de las variables ajustadas y el error Estndar. Anote dichos valores para la presentacin de resultados. 13. Pulse Next dos veces y le aparecern las siguientes ventanas. Compruebe que en la segunda ventana la opcin Add to curve (representa la curva terica calculada a partir del ajuste en la primera grfica) est seleccionada. Posteriormente, pulse Finish. Visualizar el ajuste en la grfica inicial. Los valores estadsticos se pueden visualizar seleccionando Windows => Report 1.


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14. Si quiere exportar la representacin grfica seleccione File => Export y posteriormente especifique el tipo de formato y el lugar donde exportar la representacin grfica.

Repita el procedimiento para los valores experimentales de A y pH a la longitud de onda maxAH. De esta manera, obtendr dos valores de pKa, uno para cada longitud de onda estudiada.

Cuestiones 1.- Qu condiciones se han de cumplir para poder estudiar espectro-fotomtricamente la disociacin de un compuesto? 2.- Deduzca la ecuacin [1] aplicando la ley de Lambert-Beer y suponiendo que las absorbancias son aditivas. 3.- Cul es la estructura molecular del indicador? 4.- Por qu motivo la disolucin de indicador cambia de color con el pH? 4.- Cul es la concentracin molar de indicador en la cubeta de medida? Dato: Mw: 698,04 g/mol.


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P-2: Espectroscopia Atmica

Material -Espectroscopio -Lmpara de sodio y de Helio -Red de difraccin

Introduccin Terica Si un haz de rayos proveniente de un foco luminoso, atraviesa primero una rendija y despus un prisma ptico experimentar una descomposicin en tantos rayos de luces monocromticos como colores tenga la luz compleja inicial. Recogiendo en una pantalla los rayos monocromticos que salen del prisma se obtendr un conjunto de rayas o bandas coloreadas. Estas rayas o bandas reciben el nombre de rayas o bandas espectrales y al conjunto se le denomina espectro. Los espectros pueden ser de emisin: los producidos por radiaciones emitidas por los cuerpos incandescentes (como el caso del Na en la prctica). O tambin espectros de absorcin: son los obtenidos por absorcin parcial de las radiaciones emitidas por un foco luminoso cuando la luz producida por l atraviesa una sustancia en estado gaseoso, ya que todo gas o vapor absorbe, a cualquier temperatura, las mismas radiaciones que es capaz de emitir si estuviera incandescente. La excitacin de los tomos de un compuesto tiene lugar por choque electrnico. La diferencia al volver los electrones del nivel excitado (E1) al nivel fundamental (E2) se emite como un fotn de frecuencia . As tenemos: h = E1 E2 h = constante de Planck = 6.63 10-34 J s Los electrones de la capas ms internas (en tomos polielectrnicos) completas producen un apantallamiento del potencial del ncleo sobre el electrn que se va a excitar (el ms externo). No todos los electrones producen un mismo efecto de apantallamiento, ello est en funcin del tipo de orbital en que se encuentre y de si en l hay o no otro electrn. Podemos hablar ahora, en lugar de carga nuclear, de carga nuclear efectiva, Zef, que es la carga que le corresponde al ncleo una vez se corrige el hecho de que los electrones apantallen. El apantallamiento del potencial del ncleo es proporcional a r.

V(r) = - r

rZe ef

0

2

4

)(

Donde: e = carga del electrn, 0 = constante dielctrica del medio


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Este trmino se puede incluir en el hamiltoniano. La existencia del espn electrnico provoca la adicin al hamiltoniano de

un trmino adicional, generalmente pequeo. Este trmino se le denomina interaccin espn-rbita, que da lugar a la estructura fina de los espectros atmicos. A partir del momento angular orbital (L) y del momento angular de espn electrnico (S) se puede obtener el momento angular total (J) del tomo como el vector suma de los momentos angulares orbital y de espines electrnicos: J= L+S

Se puede caracterizar un estado atmico por el nmero cuntico J, que tiene como posibles valores: \L+S\,,,\L-S\ y por su multiplicad (2S+1), de forma que:

2S+1 LJ

Donde L se representa por una letra siguiendo la tabla siguiente: L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Letra S P D F G H I K L Cada nivel tendr una energa en funcin de la multiplicidad y de su J as como de L.

Para ms informacin, consultar Espectroscopia: Estructura y Espectros Atmicos, J. Morcillo y J.M. Orza, Ed. Alhambra, 1972. Espectroscopia, A. Requena y J. Ziga, Pearson Education, 2004. Qumica Cuntica, I. N. Levine, Prentice Hall, 2001.

Procedimiento Experimental

Calibrado de la rejilla Utilizar un espectrmetro con una red de difraccin para analizar la luz

procedente de un foco, en este caso una lmpara de helio. Los tomos de gas de la lmpara se excitan mediante el bombardeo por electrones que son acelerados por una alta tensin aplicada.

La luz emitida por la lmpara pasa a travs de una rendija estrecha de colimacin y se hace paralela mediante una lente adecuada. La radiacin incide sobre la red de difraccin y la radiacin que emerge de ella se enfoca mediante un anteojo y se observa directamente. El anteojo est montado sobre una plataforma rotatoria que ha sido calibrada de manera que pueda medirse el ngulo de difraccin (). (ver figura 1).


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Figura 1. Espectrmetro de rejilla Descripcin. 1. Tubo del colimador 2. Tubo de observacin 5. Placa con limbo 6. Nonio 7. Lupas 8. Ranura 9. Tornillo moleteado para ajustar la ranura 10. Tornillo moleteado para el tubo del colimador 11. Ocular a escala de 0 a 100 12. Tornillo para bloquear la placa con limbo 13. Tornillo moleteado para nivelar la mesa de la red de difraccin 14. Tornillo moleteado para tubo de observacin 15. Tornillo de ajuste para la altura del tubo del colimador 16. Tornillo de ajuste para la altura del tubo de observacin 17. Puntos de fijacin para el tubo del colimador y el de obsevacin 18. Tornillo micromtrico par el tubo de observacin y el nonio 19. Soporte para rejilla de Rowland

Una red de difraccin consiste en una red de lneas paralelas opacas dibujadas sobre una placa de vidrio. Si efectuamos un examen para un ngulo cualquiera se observa que contiene todas las longitudes de onda de la radiacin inicial. La radiacin emitida desde cada punto de la red est adelantada o retrasada con respecto a la adyacente una distancia d sen; (siendo d la distancia de separacin entre los puntos de la red).


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Esto hace que solamente las longitudes de onda en las que d sen sea un mltiplo de estn en fase y den lugar a interferencias constructivas, mientras que las dems longitudes de onda originan interferencias destructivas en mayor o menor extensin. Por tanto, para un determinado ngulo de difraccin, o sea para una determinada lnea espectral, la longitud de onda puede calcularse mediante la siguiente expresin:

n = d sen n es nmero entero.

Para cualquier ngulo, las longitudes de onda que sean mltiples enteros de d sen se sumarn originando espectros de primero, segundo y tercer orden.

Ajuste del espectrmetro Ajuste del tubo de observacin

Dirija el tubo de observacin a un objeto colocado lo ms lejos posible. Desplace primeramente el ocular en el tubo (11) para asegurarse de la nitidez de la escala incorporada. Seguidamente, desplace el tubo del ocular mediante 14, hasta que el objeto alejado, sobrepuesto a la escala, aparezca ntidamente.

Ajuste del tubo del colimador Sin variar el ajuste del ocular, se gira el tubo de observacin de tal manera que el centro de la imagen de la ranura se encuentre en la cruz del retculo (valor 50).

Instalacin de la red de difraccin La superficie de la rejilla (lado de la capa dirigido hacia el tubo del colimador) debe quedar perpendicular al eje del tubo del colimador. En este caso es valida la relacin anterior.

Espectro del Helio: determinacin de la constante d de la red de difraccin.

Para poder calcular el valor de una longitud de onda es necesario conocer la constante d. Para determinar dicha constante se usan las lneas de longitud de onda conocidas del tomo de helio.

Introduzca la lmpara de helio en el espectroscopio. Encindala, una vez ajustado el espectrmetro con el tubo de observacin. Busque las lneas difractadas y coloque cada vez el centro de la imagen difractada en el centro de la cruz del retculo.

Anote los colores de las lneas espectrales que aparecen en el tubo de observacin y calcule el ngulo de difraccin, , para cada lnea con la ayuda de la circunferencia tabulada en ngulos (para mayor precisin use las fracciones de los ngulos en el nonio1). Conocida la longitud de onda de las lneas espectrales de primer orden (Tabla 1) y los ngulos de difraccin se puede determinar la constante d.

Tabla 1. Valor de las longitudes de onda en nm para el Helio

Color Longitud de onda (nm) ROJO 667.8 AMARILLO 587.6 VERDE 501.6 VERDE AZULADO 492.2 AZUL VERDOSO 471.3 VIOLETA 447.1


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1. Utilizacin de la escala del nonio. En un caso tpico, la escala del nonio (escala secundaria) est dividida en 10 unidades secundarias que acumulan la misma longitud que 9 unidades de la escala principal. El cero del nonio indica la cantidad de unidades enteras en la escala principal, lo cual se complementa observando qu divisin del nonio coincide con una marca de graduacin en la escala principal. Dado que la diferencia es de 1/10, el cardinal de esa divisin indica la cantidad de dcimas por sobre la longitud bsica.

Figura 2. Funcionamiento de la escala del nonio.

Espectro del Sodio Introduzca la lmpara de sodio en el espectroscopio. Encindala, una vez

ajustado el espectrmetro con el tubo de observacin. Busque las lneas difractadas y calcule el ngulo de difraccin, , para cada lnea. Calculada la constante d y conocidos los ngulos de difraccin correspondientes a las lneas espectrales que provienen de diferentes excitaciones electrnicas (trnsitos electrnicos), es posible calcular su energa. Dichos trnsitos pueden identificarse en un diagrama de Grotrian como el de la Figura 3.

El acoplamiento espn-rbita se puede apreciar en el desdoblamiento de segundo orden (n=2) en la lnea amarilla del Na. Como ya se ha dicho anteriormente, el trmino espn-rbita aporta un factor muy pequeo de correccin al hamiltoniano, por lo que la separacin entre las lneas espectrales (dobletes, tripletes...) debido a este efecto es muy pequea.


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Figura 3. Diagrama de niveles energa del tomo de sodio Tabla 2. Valor de los trminos espectrales del tomo de sodio

Trmino T/cm-1 Trmino T/cm-1 3 2S1/2 41449,65 4

2D3/2 6900,87 3 2P1/2 24493,47 4

2F7/2 6871,05 3 2P3/2 24474,28 4

2F5/2 6871,05 4 2S1/2 15709,79 5

2P1/2 6409,38 3 2D5/2 12276,80 5

2P3/2 6406,86 3 2D3/2 12276,75 6

2S1/2 5077,00 4 2P1/2 11182,77 5

2D5/2 4412,85 4 2P3/2 11177,14 5

2D3/2 4412,86 5 2S1/2 8248,96 5

2F7/2 4392,05 4 2D5/2 6900,90 5

2F5/2 4392,05


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Presentacin de Resultados 1) Presente una tabla para el helio con los siguientes encabezamientos: color, ngulo, sen y longitud de onda de las lneas que aparecen en la tabla 1. A partir de esta informacin determine grficamente el valor de d. 2) Mida las lneas del espectro de emisin del sodio, especialmente las lneas: roja (poca intensa), amarilla (intensa), violeta, verde1 (intensa) y verde2 (poco intensa). Determine la longitud de onda de la transicin y asigne estas longitudes de onda a transiciones entre niveles haciendo uso del diagrama de la figura 3 de los datos de la tabla 2. Por ejemplo: transicin 4 2S1/2 3

2P1/2 ( 3 2P3/2), : 11382 . 3) Determine el desdoblamiento de la lnea D amarilla del sodio. Mida las longitudes de onda de cada una de las lneas en que aparece desdoblada esta transicin y determine el . Compare los valores obtenidos experimentalmente con los datos bibliogrficos. Explique por qu se produce el desdoblamiento y qu transiciones implica.

Cuestiones 1.- Qu representacin debe realizar para conocer el valor de d? 2.- Por qu los espectros atmicos estn formados por lneas discontinuas de diferentes colores? 3.- Qu es una rejilla de difraccin? 4.- Cul es el significado de la constante de rejilla? 5.- Por qu motivo algunas lneas son ms intensas que otras?


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P-3: Determinacin de la Concentracin Micelar Crtica

Material y Reactivos

Material: 2 vasos de precipitados de 250 mL de forma alta 4 matraces aforados de 100 mL 1 pesa sustancias 1 pipeta de 10 mL 1 pipeta de 20 mL 1 pipeta de 50 mL 1 esptula 1 varilla 1 soporte, 1 nuez, 1 pinza Reactivos: Dodecil-sulfato sdico. Aparatos: 1 Conductmetro 1 Clula de conductividad 1 placa agitadora

Introduccin Terica

Los tenso activos, como el dodecil sulfato de sodio (SDS), constan de una cadena hidrocarbonada apolar y una zona polar (ion sulfato). Las propiedades fsicas de una disolucin de un coloide electroltico, como el SDS, dependen de su concentracin, alterndose de forma brusca cuando sta alcanza un determinado valor. Esta concentracin es conocida como la concentracin micelar crtica, o c.m.c.. La explicacin de este hecho consiste en que en concentraciones cercanas a la c.m.c., los electrolitos de cadena larga (en este caso, el in dodecil sulfato) empiezan a agregarse.


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Al unirse en grupos de aproximadamente cien unidades, forman esferas,

con las cargas unidas en la periferia y la cadena hidrocarbonada en el interior. Para ms informacin, consultar Qumica-Fsica (2 Edicin), M. Daz-

Pea y A. Roig, Alhambra, 1984, Tomo 2, pg. 1391 y siguientes.


Se prepara 100 mL de una disolucin acuosa 0.02 M de dodecil sulfato sdico (SDS). Esta disolucin debe de ser clara. Se separa en dos alcuotas de 50 mL, con el fin de repetir dos veces el experimento. Se mide la conductividad de estas muestras. A continuacin, se realizan repetidas diluciones agregando disolvente, midiendo en cada caso la conductividad. El experimento contina hasta llegar a diluciones de 10-3 M. Han de tomarse al menos diez valores de conductividad para cada alcuota, es decir, han de realizarse al menos ocho diluciones intermedias hasta llegar a la concentracin final.


Represente la conductividad de la disolucin frente a la concentracin de SDS para cada experimento. La c.m.c. es el punto de interseccin entre las dos rectas que aparecen. Calcularla.

Cuestiones 1.- Defina tensoactivo. Cmo afecta la presencia de un tensoactivo en la tensin superficial de una disolucin acuosa? 2.- Si la disolucin original no es clara, a qu puede ser debido? 3.- Indique algn proceso en el cual es importante la formacin de micelas. 4.- Por qu no es necesario calibrar el conductmetro en esta prctica?


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P-4: Determinacin del peso molecular de un polmero por medidas de viscosidad

Material y Reactivos Material: Viscosmetro de Ostwald Termmetro de 0-100 C

4 matraces aforados de 100 mL Pera de goma 1 matraces aforados de 250 mL Pesa sustancias 1 pipeta de 10 mL Embudo 1 pipeta de 50 mL

1 vaso de precipitados de 250 mL 3 vasos de precipitados de 100 mL Soporte, pinza y nuez. Varilla Placa agitadora/calefactora 1 bao termosttico Cronmetro

Productos: Alcohol polivinlico

Introduccin Terica

Muchas de las propiedades fsicas de un polmero dependen de la longitud de la cadena, grado de ramificacin y peso molecular, datos que no es posible especificar con exactitud en trminos de una frmula molecular. En las especies polimricas el peso molecular no tiene un valor definido y nico para todas las molculas. Cuando esto ocurre el polmero es una mezcla de cadenas moleculares que, teniendo todas la misma estructura qumica, sin embargo, difieren en su tamao o grado de polimerizacin. En este caso el polmero es polidisperso.

En esta prctica se determinar el peso molecular de un polmero, el alcohol polivinlico, en agua a partir de medidas de viscosidad. El alcohol polivinlico (PVOH), -(CH2-CHOH)n-, se prepara por hidrlisis del acetato de polivinilo, obtenido por polimerizacin directa del acetato de vinilo monomrico CH2=CH-COOCH3, y adems, es soluble en agua.

Viscosidad intrnseca La medida de viscosidad es uno de los mtodos ms sencillos y utilizados

para la determinacin del peso molecular de un polmero. Dado el gran tamao de las molculas, se trata de disoluciones extraordinariamente viscosas, lo que facilita la medida de esta magnitud.


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La determinacin de la viscosidad se puede realizar midiendo el tiempo de flujo en un sistema de geometra y volumen conocido (viscosmetro de Ostwald). La teora del viscosmetro capilar permite demostrar que la viscosidad del lquido es proporcional al tiempo de cada y a su densidad:

Bt=

[1]

siendo Vl8

ghRB

4= [2]

donde t es el tiempo que tarda el menisco en pasar de una marca a otra y B

es una constante del aparato, que depende del volumen de muestra utilizado en la determinacin de la viscosidad y de las dimensiones del tubo (radio, R y longitud, l). El tiempo de cada debe determinarse con un lquido de viscosidad conocida (en este caso agua), siendo la viscosidad y la densidad del lquido.

En nuestro caso podemos considerar que las densidades del disolvente puro y de la disolucin de polmero son iguales, por tanto la relacin entre la viscosidad de la disolucin del polmero y la del disolvente puro (viscosidad relativa) ser igual a:

000

t

tr == [3]

(donde el subndice 0 indica disolvente puro). Se define la viscosidad especfica como:

0

01

== rsp [4]

La viscosidad especfica depende de la concentracin. Por este motivo se

define la viscosidad intrnseca [] como la relacin entre la viscosidad especfica y la concentracin en g/l del soluto en el lmite de concentracin cero.

[ ]

=

2

02lim

c

sp

c

[5]

La dependencia de la viscosidad intrnseca con la concentracin, para

disoluciones diluidas (generalmente del 1%), fue propuesta por Huggins:

[ ] [ ] 22

1

2

ckc

sp

+= [6]

Otra interesante relacin proviene de definir la viscosidad intrnseca como:

=

2

022

lnlim

cc

r

c

sp [7]

y como antes se puede obtener una frmula vlida a baja concentracin:


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[ ] [ ] 22

22

lnck

c

r

= [8]

Se puede demostrar que k1 + k2 = 0,5

Relacin entre la viscosidad intrnseca y el peso molecular Mediante un tratamiento estadstico se puede probar que []= KMv

a [9]

donde K y a son parmetros empricos, caractersticos del polmero y del disolvente. Esta ecuacin se denomina de Mark-Houwink-Sakurada. Para el PVOH en disolucin acuosa K = 2.010-4 y a = 0.68, con una viscosidad intrnseca expresada en 100 mL/g.

Para ms informacin, consultar Qumica-Fsica (2 Edicin), M. Daz-Pea y A. Roig, Alhambra, 1984, Tomo 2, pg. 1367 y siguientes. Macromolculas, A. Horta,UNED, 1994.


Lavar cuidadosamente el viscosmetro, enjuagar copiosamente con agua destilada, y secarlo con acetona y aire.

Como la preparacin de la disolucin de polmero puede consumir bastante tiempo, se sugiere que mientras tanto se calibre el viscosmetro con agua (ver procedimiento al final).

La solucin matriz de polmero debe prepararse de la siguiente manera: pese con exactitud 5 g de polmero. Trasldelo a un vaso de 250 mL, aada agua destilada hasta los 3/4 de su capacidad. Caliente en la placa agitadora muy suavemente y agitando, evitando sobrecalentamientos, hasta que el polmero se haya disuelto. Enfre y pselo a un matraz aforado de 250 mL procurando que no forme espuma. Para ello se recomienda dejar que la solucin escurra por las paredes del matraz. Enrase con el disolvente del mismo modo. Si la solucin parece estar contaminada con material insoluble, filtrarla. Lave muy bien con agua todo el material de vidrio tan pronto como pueda despus de usarlo. A continuacin tome un volumen conocido de esta disolucin de polmero y determine su viscosidad.

Tome con una pipeta 75 mL de la solucin concentrada de polmero, y chelos en un matraz aforado de 100 mL. Complete el volumen con agua destilada evitando la formacin de espuma. En sta y en otras soluciones enjuague muy bien la pipeta con agua y squela con acetona. Determine la viscosidad de sta disolucin de polmero.

Repita el proceso tres veces ms, hasta tener cinco concentraciones de polmero diferentes. Nota: Si la concentracin de polmero de las distintas


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disoluciones es muy parecida no obtendr diferencias en los tiempos de cada del viscosmetro.

Las densidades se tomarn como si fueran las del disolvente puro, lo cual

no introduce error apreciable (ver Tabla 1).

Tabla 1. Variacin de la densidad y viscosidad del agua con la temperatura

T/ C Densidad/ g.cm-3 Viscosidad/ cP

15 0.99910 1.1374

20 0.99820 1.0019

25 0.99704 0.8903

30 0.99565 0.7973

35 0.99403 0.7190

El procedimiento que se recomienda para determinar la viscosidad es el siguiente:

- Introduzca la solucin por aspiracin en el viscosmetro (utilice un volumen idntico en todas las determinaciones del tiempo de cada).

- El viscosmetro debe montarse verticalmente, de modo que las marcas estn visibles.

- Mida con un cronmetro el tiempo que tarda en fluir el lquido de la marca superior a la inferior. Realice tres determinaciones que concuerden alrededor de un 3% entre s.


1) Usando el tiempo de flujo del agua pura, determine el valor de B del viscosmetro (ecuacin [1] y tabla 1).

2) Para cada solucin de polmero calcule su viscosidad y la concentracin, en gramos de polmero por 100 mL de solucin. Utilice las ecuaciones [6] y [8] para la determinacin de [] del polmero, representndolas ambas en una misma grfica. La ordenada en el origen debe coincidir en las dos representaciones. 3) Calcule Mv para el polmero usando la ecuacin [9].


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Cuestiones 1.- Por qu hay diferentes formas de dar el peso molecular de un polmero? 2.- Si la disolucin se agita intensamente se produce espuma. A qu es debido? 3.- Qu tcnica se utiliza para determinar Mw? Y para determinar Mn?


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P-5: Clculo de constantes de disociacin y productos de solubilidad mediante medidas de conductividad

Material y Reactivos Material -5 matraces aforados de 50 mL -1 matraz aforado de 100 mL -5 vasos de precipitados de 100 mL (forma alta) -1 vaso de precipitados de 100 mL (forma baja) -1 pipeta de 2 mL -1 pipeta de 10 mL -1 termmetro digital -1 soporte, 2 pinzas y 2 nueces -1 bao termosttico -1 clula conductimtrica y conductmetro Reactivos -cido actico glacial -Sulfato de plomo (II)

Introduccin Terica Muchos compuestos cuando se disuelven en agua se disocian, total o parcialmente, en iones. Los iones en disolucin acuosa conducen la electricidad, por lo que medidas de conductividad pueden ser utilizadas para medir el grado de disociacin. En este experimento se utilizan medidas de conductividad para determinar la constante de acidez del cido actico y la solubilidad del sulfato de plomo. La resistencia R, de un conductor de seccin transversal A, y longitud L, viene dada por la siguiente expresin:

R = A

L

donde es la resistividad o resistencia especfica. La resistividad o resistencia especfica es la resistencia entre las caras

opuestas de un cubo unidad de un conductor. El inverso de la resistencia es la conductancia y el inverso de la resistencia especfica es la conductancia especfica o conductividad (smbolo k; unidades S m-1 o -1 m-1).

Con las disoluciones de los electrolitos es ms racional emplear la conductancia que la resistencia, puesto que est relacionada directamente con el


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nmero de iones presentes y su velocidad de movimiento. En general, los disolventes puros son prcticamente no conductores y, en consecuencia, la conductancia observada se debe por completo al electrolito disuelto. Si la concentracin de la disolucin se expresa en c (mol m-3), la conductividad especfica (k) se debe evidentemente a los c moles y la conductividad molar = k/c (S m2 mol-1) es la conductividad terica por mol de electrolito.

La conductividad molar de una disolucin es una medida del nmero y velocidad de migracin de los aniones y cationes procedentes de 1 mol de soluto. Experimentalmente se demuestra que se incrementa a medida que la disolucin se diluye (mientras k, como es lgico, se hace menor). El incremento de con la dilucin puede deberse tanto al incremento de iones presentes (por incrementarse la disociacin) como al aumento de la velocidad de movimiento de los iones individuales. Arrhenius (1883) propuso la primera explicacin y supuso que las verdaderas movilidades inicas eran independientes de la concentracin, de forma que resultaba proporcional al nmero de iones presentes. De acuerdo con la ley de accin de masas todo el proceso de disociacin tiende a ser completo a medida que la concentracin tiende a cero y, por tanto, la conductividad equivalente a concentracin cero representa la capacidad de transportar corriente elctrica por un soluto en su estado totalmente disociado. La conductividad a concentraciones finitas, c, dara el grado de disociacin = c/0. La teora de Arrhenius es aproximadamente correcta para los electrolitos dbiles, esto es, para los solutos que estn slo ligeramente ionizados y para este tipo de sustancias las medidas de conductividad se pueden utilizar para obtener el grado de disociacin y, con ello, la constante de disociacin.

En este experimento deseamos determinar la constante de disociacin del cido actico, para lo cual necesitamos conocer un valor de , y as de c.

Consideremos la ionizacin de un cido dbil HA: HA + H2O H3O

+ + A-

c(1-) c c La constante de disociacin Ka, expresada en trminos de concentracin en

lugar de actividades es:

=

=

1)1(

2c

c

ccK a [1]

y utilizando 0

= [2]

)(/1

)/(

00

2

0

20

=

=

ccK a [3]

La ecuacin anterior [3] se conoce con el nombre de Ley de dilucin de

Ostwald. Calculando a distintas concentraciones y conociendo el valor de 0 se puede calcular la constante de disociacin.


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Para ms informacin, consultar Fisicoqumica (4 Edicin), I. Levine, McGraw-Hill, 1995, Tomo 2, tema 16 (fenmenos de transporte) y Qumica-Fsica (2 Edicin), M. Daz-Pea y A. Roig, Alhambra, 1984, Tomo 2, pg. 1213 y siguientes.


En primer lugar ha de comprobarse que el conductmetro est bien calibrado y que realiza las medidas sin compensacin de temperatura. Para ello se mide la conductividad de una disolucin 0.01 M de KCl, cuya conductividad a 25C es de 1.41310-3 S cm-1 y a 20C 1.27810-3 S cm-1.

En segundo lugar, comprobar que el agua que se utilizar presenta una conductividad baja. Si fuera inferior a 10-4 S m-1, sta se puede ignorar, pero si fuese mayor, es preciso restarla de los valores obtenidos para las disoluciones, antes de calcular .

Antes de realizar una medida, lavar la clula de conductividad con agua destilada. Luego lavarlo con la muestra y dejarlo 10 min para que logre el equilibrio trmico antes de tomar la lectura.

a) Determinacin de Ka para el cido actico. Se realizan 6 disoluciones (de 50 mL) de cido actico de concentraciones

0.040, 0.035, 0.030, 0.025, 0.020 y 0.010 M. Para ello se prepara una disolucin ms concentrada (100 mL de disolucin 0.15 M) y posteriormente se diluye. Se ponen los 50 mL de dichas disoluciones en un vaso de precipitados en el bao termosttico a 25C. Una vez alcanzado el equilibrio se determina la conductividad molar de las seis disoluciones (empezar midiendo la conductividad de la disolucin ms diluida para no contaminar a las disoluciones posteriores cuya conductividad ser medida).

b) Determinacin del producto de solubilidad del sulfato de plomo (II).

Se ponen unos miligramos de PbSO4 en 25 mL de agua. Poner la disolucin saturada de PbSO4 en el bao termosttico a 25 C durante 15 min. Finalmente se determina la conductividad de la disolucin. La solubilidad se calcula con la ecuacin s c = k/0.


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1) Represente k frente a c 2) Represente frente a c 3) Determine grficamente el valor de Ka a partir de la Ley de dilucin de

Ostwald sabiendo que a 25C 0(AcH) = 0.03908 S m2 mol-1. Teniendo

en cuenta el valor bibliogrfico de Ka (a 25C es de 1.7510-5 mol/1)

discuta la aplicabilidad de la conductividad en la determinacin de constantes de acidez.

4) Sabiendo que para el PbSO4 0= 0.0302 S m

2 mol-1, determine la solubilidad del PbSO4 (en g/ml) a partir de la conductividad de la disolucin.

Cuestiones 1.-Por qu las disoluciones de unos iones poseen mayor conductividad que otras? 2.-Por qu este experimento se realiza a temperatura controlada? 3.- Depende la conductividad de la disolucin del volumen de muestra utilizado? 4.- Cmo vara la conductividad molar de una disolucin con la concentracin de un electrolito fuerte (NaCl)? Y si el electrolito fuera dbil?


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P-6: Influencia de la fuerza inica sobre la constante cintica de una reaccin


Material: 1 matraz aforado de 1 litro 4 matraces aforados de 250 mL 8 erlenmeyers de 100 mL 1 bureta de 50 mL 1 pipeta de 20 mL 2 pipeta de 10 mL 1 pipeta de 25 mL 2 pipeta de 2 mL 1 esptula 1 varilla Pipetas Pasteur 1 soporte 1 pinza 1 nuez

Reactivos: Tiosulfato sdico Ioduro potsico Nitrato potsico Persulfato potsico Almidn cido clorhdrico EDTA

Introduccin Terica

Las reacciones en fase lquida difieren apreciablemente de las que ocurren en fase gaseosa. La velocidad de reaccin entre iones viene considerablemente afectada por el valor de la fuerza inica y la constante dielctrica del medio. Segn la teora del estado de transicin y la de Debye-Hckel para el comportamiento de disoluciones diluidas, la constante de velocidad de una reaccin inica puede expresarse en funcin de la fuerza inica como: log (k/k0) = A z1 z2 (I)

1/2 [1]


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donde k es la constante de velocidad en el estado real; k0 la constante de velocidad en un estado hipottico en donde la fuerza inica de la disolucin es nula y su constante dielctrica es infinita; A es una constante que cuando la temperatura es de 25C y el disolvente es agua vale 1.02; z1 z2 son las valencias inicas de las especies reaccionantes e I es la fuerza inica.

La fuerza inica viene definida por la expresin I=(l/2) cizi2, en donde ci

son las concentraciones molares de cada una de las especies inicas en disolucin. La relacin [1] se denomina relacin de Brnsted y predice que la

constante de velocidad debe aumentar con la fuerza inica si los iones reaccionantes tienen la misma carga, y debe disminuir si los iones tienen cargas de signos opuestos (figura 1). Este comportamiento ha sido observado cuando la fuerza inica de las disoluciones es baja. Cuando la fuerza inica aumenta el comportamiento ya no sigue una lnea recta, puesto que ya no es aplicable en estas condiciones la ley lmite de Debye-Hckel.

Figura 1. Relacin de Brnsted En el presente experimento se estudiar una reaccin inica sencilla, en la

cual el in ioduro es oxidado a iodo elemental por el in persulfato. La estequiometra de la reaccin viene dada por la ecuacin [2].

2I- + S2O8

2- I2 + 2SO42- [2]

Se puede seguir la reaccin midiendo la aparicin de yodo y valorando

ste con tiosulfato sdico a intervalos definidos de tiempo. Una modificacin simple de esta reaccin consiste en la llamada "reaccin

del reloj de iodo", en la cual, ms que medir la velocidad de produccin de iodo, medimos el tiempo necesario para que aparezca iodo libre cuando una cantidad inicial de tiosulfato ha sido aadida a la disolucin.

En la reaccin del reloj de iodo, la siguiente reaccin [3] ocurre simultneamente con la dada en la ecuacin [2]:

I2 + 2S2O3

2- 2I- + S4O6 2- [3]

La reduccin de iodo libre a ioduro por el tiosulfato es una reaccin rpida

comparada con la oxidacin del ioduro por el persulfato. Por tanto la ecuacin [2] es el paso limitante de la velocidad del proceso.

Cuando se aade persulfato a una mezcla de reaccin que contiene in ioduro y una pequea cantidad de in tiosulfato, comienza un lento proceso de oxidacin. Sin embargo, la liberacin de iodo elemental no es indicada por la


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aparicin de un color azul en el indicador almidn-iodo, debido a que este iodo liberado es inmediatamente reducido por el tiosulfato a ioduro. El proceso continua hasta que se agota el tiosulfato aadido (esto es, la cantidad de iones persulfato consumidos es igual a los moles aadidos de tiosulfato). En este punto comienza la liberacin de iodo elemental, detectada por la aparicin de color azul del indicador. Antes de que aparezca el color azul, una mnima cantidad de iodo debe ser liberada, pues este color se debe a la formacin de una cadena de poliyoduro, en el interior de la hlice de amilosa de la molcula de almidn. Esto significa que la aparicin de color es posterior a la aparicin de las primeras molculas de iodo libre. Para lograr que este periodo de induccin sea lo ms uniforme posible, se aade una pequea cantidad de cido (0.0005 M HCl) y de EDTA (510-5M) a las distintas disoluciones del experimento.

Los rdenes parciales de la reaccin [2] son uno para cada uno de los reactivos. Cuando la cantidad inicial de ioduro es bastante mayor que la concentracin de persulfato (unas diez veces es suficiente) y se aade tiosulfato sdico para que ocurra la reaccin indicada en la ecuacin [3], no hay prcticamente ningn cambio en la concentracin del ioduro hasta que aparece el color azul. Por tanto la reaccin es de pseudo-primer orden en estas condiciones:

-d[S2O8

2-]/dt = kap[S2O8 2-] [4]

y la constante de velocidad aparente kap incluye la concentracin de ioduro

que ha permanecido constante: kap=k[I-]

Podemos suponer que la velocidad de reaccin es: -d[S2O8

2-]/dt = (x/2)/t donde x es el nmero de moles por litro de tiosulfato aadidos a la

disolucin y t es el tiempo transcurrido desde el momento de mezcla del persulfato con los reactivos hasta que aparece el color azul. Con esta suposicin, se puede calcular kap a partir de la ecuacin [4], variando la concentracin de persulfato. Conociendo adems la concentracin inicial de ioduro, se puede calcular la constante de velocidad, k.

Adems, si variamos la fuerza inica del medio, por adicin de un electrlito inerte (nitrato potsico), se puede comprobar la verificacin de la ley de Brnsted.

Para ms informacin, consultar Fisicoqumica (4 Edicin), I. Levine, McGraw-Hill, 1995, Tomo 2, pg. 927 y siguientes.

Procedimiento Experimental Disoluciones a preparar a) 250 mL de IK 0.1 M b) 250 mL de tiosulfato sdico 10-3 M c) 250 mL de persulfato sdico 10-2 M d) 1 litro de una disolucin que sea 0.001 N en HCl y 10-5 M en EDTA (disolvente)


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e) con la disolucin d) (disolvente) preparar 250 mL de disolucin 1M de nitrato potsico f) Indicador de almidn: dispersar 1 g de almidn en unos 20 mL de agua fra, haciendo una pasta fina. Aadir 80 mL de agua, agitar la disolucin y hacerla hervir rpidamente. Enfriar la disolucin de almidn a la temperatura ambiente y ensayar 5 mL aadiendo una disolucin de iodo. La aparicin de un intenso color azul indica que el almidn sirve como indicador. Muchos experimentos han de ser repetidos cuando no se toma la precaucin de ensayar la disolucin porque algunas preparaciones de almidn se degradan durante el almacenamiento y no dan color adecuado para su uso como indicador. Mtodo Disponga de 8 erlenmeyers y aada los reactivos a los matraces de acuerdo con el esquema que se indica en la tabla. Tabla 1. Volumen de reactivo aadido en mL Matraz

N Disol.

a) Disol.

b) Disol.

e) Disol.

d) Disol.

f) Disol.

c)

1 20 10 0 59 1 10 2 20 10 0 44 1 25 3 20 10 0 34 1 35 4 20 10 1 43 1 25 5 20 10 5 38 1 25 6 20 10 10 33 1 25 7 20 10 20 23 1 25 8 20 10 25 18 1 25

Asegrese de que la disolucin de persulfato sdico es la ltima aadida a cada matraz y que se toma como instante inicial de cada reaccin el momento de adicin persulfato sdico a la disolucin.

Se anota el final de la reaccin en el momento en que aparece el color azul del complejo iodo-almidn en cada matraz. Para evitar confusiones es preferible empezar la reaccin sucesivamente en cada matraz y no iniciar la siguiente hasta que se ha completado la anterior.

NOTA. No se utiliza termostato para mantener la temperatura constante, por lo que habr que suponer que la temperatura del laboratorio es constante durante todo el proceso y los valores de las constantes determinados sern para dicha temperatura ambiente. Se debe anotar dicha temperatura.


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1) Calcule las constantes de velocidad real y aparente para la reaccin. 2) Represente log k frente a la raz cuadrada de la fuerza inica. 2) Se ajusta el valor de la pendiente obtenida al valor terico? Se cumple

la relacin de Brnsted? En qu rango de concentraciones? En qu sentido ocurre la desviacin? Como puede interpretarse esta desviacin?

Cuestiones 1.- De qu otros factores depende la constante cintica de una reaccin? 2.- Indicar qu ocurrira si por error se olvida de aadir almidn al medio de reaccin. 3.- Qu funcin tiene el EDTA?


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P-7: Determinacin de la isoterma de adsorcin del cido oxlico en disolucin acuosa sobre carbn activo


Material: 7 erlenmeyers de 100 mL 7 erlenmeyers de 250 mL 2 matraces aforados de 500 mL 1 bureta de 25 mL 2 pipetas de 10 mL (graduadas) 2 pipetas de 25 mL 2 pipetas de 50 mL 1 soporte, 1 pinza y 1 nuez 1 vaso de precipitados de 500 mL 2 vasos de precipitados de 100 mL 1 placa agitadora con calefaccin 1 placa agitadora Papel de filtro Embudo de filtracin y aro Productos: cido oxlico Permanganato potsico cido Sulfrico Carbn activo

Introduccin Terica

La adsorcin es un fenmeno superficial, y se puede definir como la acumulacin de una sustancia en una interfase. Se presenta en todos los tipos de interfase destacando en las interfases gas-slido, disolucin-slido, disolucin-gas, disolucin-disolucin. Se distinguen dos principales tipos de adsorcin: la adsorcin fsica y la quimiadsorcin. La primera se caracteriza por ser rpida, reversible y no especfica, en la que el adsorbato est retenido en la superficie slo por fuerzas de Van der Waals (induccin, dispersin, polarizacin) mientras que en la quimiadsorcin predominan las fuerzas de tipo qumico (interacciones enlazantes).

La cantidad de sustancia adsorbida sobre cualquier superficie decrece al aumentar la temperatura porque todos los procesos de adsorcin son exotrmicos. A temperatura constante, la cantidad adsorbida aumenta con la concentracin de adsorbato. La relacin entre la cantidad adsorbida por unidad de masa de adsorbente (x/m) y la concentracin (c) se conoce como isoterma de adsorcin.


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Slo a muy bajas concentraciones x/m es proporcional a c. Por regla general, la cantidad adsorbida se incrementa menos de lo que indicara la proporcionalidad a la concentracin, lo que se debe a la gradual saturacin de la superficie y, en muchos casos, la isoterma se puede representar por una ecuacin de la forma x/m = k cn, donde n < 1. Esta expresin se conoce, normalmente, como isoterma de Freundlich, es emprica y corresponde a una isoterma de quimisorcin.

El primer modelo terico de isotermas de quimisorcin fue formulado por Langmuir en 1918, para interfases gas-slido. Supone que las molculas se adsorben sobre la superficie hasta formar una monocapa completa (saturacin) en cuyo momento cesa la adsorcin, y que la superficie es homognea. La isoterma de adsorcin de Langmuir para un sistema gas-slido se puede formular como:

KP

KP

mx

mx

+=1/

/

0

donde K es una constante para cada gas, y P la presin del gas. En forma de concentraciones, se puede poner

Kc

Kc

mx

mx

+=1/

/

0

y de aqu

cmxmKxmx

c

/

1

/

1

/ 00+=

Para ms informacin, consultar Qumica-Fsica (2 Edicin), M. Daz-

Pea y A. Roig, Alhambra, 1984, Tomo 2, pg. 1014 y siguientes y1036 y siguientes. Termodinmica Qumica, J. Rodrguez, J. Ruiz Snchez y J. Urieta, Ed. Sntesis, 2000.


Se preparan 0.5 dm3 de disolucin de cido oxlico 0.5 M (hacer la predisolucin en al menos 300 mL de agua) y 0.5 dm3 de KMnO4 0.1 M.

Se valoran porciones de 10 cm3 de la disolucin de cido oxlico con disolucin de KMnO4 0.1 M (la disolucin de permanganato potsico aadida a una disolucin caliente de oxlico, aprox. 80C, acidulada con cido sulfrico diluido de forma que su concentracin sea no inferior a 1M, se decolora, por oxidacin del C2O4

2- a CO2, mientras que el MnO4- se reduce a Mn2+). Llevar a

cabo la valoracin hasta que la adicin de una gota de la disolucin valorante de KMnO4 provoque la persistencia del color violeta durante unos 30 segundos. De esta forma se calcula la concentracin verdadera del cido oxlico. Utilizar este procedimiento para todas las valoraciones que usen este reactivo. Nota: utilice los guantes anti-calor durante la valoracin en caliente.

Utilizar siete erlenmeyers de 250 mL, que han sido previamente limpiados y secados, y pesar con precisin unos 2.5 g de carbn activo finamente dividido.


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En el primer erlenmeyer se aaden 50 cm3 de la disolucin de cido oxlico 0.5 M y 50 cm3 de agua. Se procede a la agitacin por un perodo de 30 min. A continuacin se filtra su contenido a travs de papel de filtro; se deben rechazar los 10-20 primeros cm3 de filtrado, por si acaso hubiese cualquier absorcin del cido oxlico por el papel de filtro. Al proceder as, se llega a recoger hasta unos 80 cm3 de filtrado. Esta cantidad permite tomar dos porciones de 25 cm3 en sendos erlenmeyers de 100 mL para realizar la valoracin con KMnO4 por duplicado y, si ambas no fuesen concordantes, an se podra realizar una tercera comprobacin.

De forma similar se pipetean en los otros seis erlenmeyers de 250 mL los siguientes volmenes: 100, 80, 60, 40, 20 y 10 cm3 de la disolucin de cido oxlico y se aaden, respectivamente, 0, 20, 40, 60, 80 y 90 cm3 de agua destilada, para que los experimentos se realicen con 2.5 g de carbn activo, sumergido en 100 cm3 de disoluciones de cido oxlico. Agtense los erlenmeyers el tiempo indicado y, segn el procedimiento anteriormente descrito, determnese la concentracin residual de cido oxlico.

Presentacin de Resultados - Escriba la reaccin redox que tiene lugar entre el cido oxlico y el KMnO4. - Calcule para cada erlenmeyer: (a) la concentracin final de cada disolucin de

oxlico, [Ox.], (b) la masa de cido oxlico extrado por adsorcin, x, y (c) la cantidad adsorbida por gramo de carbn activo, x/m.

- Represente grficamente x/m frente a [Ox]. Compruebe si se cumple la isoterma de Freundlich. Para ello, se ha de representar ln(x/m) frente a ln [Ox]. Si resulta una lnea recta, calclese las constantes de la ecuacin x/m = k [Ox]n.

- Represente grficamente [Ox]/(x/m) frente a [Ox]. Compruebe si se cumple la isoterma de Langmuir.

Cuestiones 1.- Caractersticas de la isoterma de Langmuir. 2.- Por qu el carbn activo es un material con gran capacidad de adsorcin? 3.- Cite algunas aplicaciones prcticas del carbn activo que conozca.


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CONCEPTOS GENERALES 1.- ESPECTROSCOPIA ELECTRONICA DE ATOMOS Espectro del Atomo de Hidrgeno e Hidrogenoides Resolucin de la ecuacin de Schrdinger para el tomo de hidrgeno:

r

Ze

2

- 222

h = E

En = 2

2

n

Z (

a2

e2) =

2

42

2

eZ

h

2n

1 ; n = 1, 2, 3, ..

En (cm-1) =

ch

2eZ

3

242

2n

1 = - Z2 R

2n

1

Regla de Seleccin n = cualquiera l = 1

E = Em - En = h

= Z2 R ( 2n

1 -

2m

1) m > n

RH = 109677,6 cm

-1 R = 109737,3 cm-1

Figura 1. Orbitas circulares, segn la teora de Bohr, para el tomo de hidrgeno.


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Series Espectrales

Serie n m Lyman 1 2, 3, 4, .. Balmer 2 3, 4, 5, .. Paschen 3 4, 5, 6, .. Brackett 4 5, 6, 7, .. Pfund 5 6, 7, 8, ..

Lmite de la Serie; m . PI Estructura Fina. Acoplamiento Espn-Orbita Considerando la interaccin espn-orbital:

r

Ze

2

- 222

h + ( )s,rl

r

En,j = 2n

R Z2 c h

+

+

n4

3

2/1j

1

n

Z1

22

. Constante de estructura fina = (c

e

h

2

)

Reglas de Seleccin n = 1, 2, 3,... l = 1 j = 0, 1

Desdoblamiento de las transiciones

Figura 2. Algunos niveles energticos inferiores del tomo de hidrgeno.


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ESPECTROS DE ATOMOS POLIELECTRONICOS Acoplamiento de Momentos Angulares a) Acoplamiento Russell-Saunders (LS)

Suponemos que orbitaspinrep HH >>

(l1, l2 , l3, ..) (s1, s2, s3,..) (L,S) J Se cumple bastante bien en elementos ligeros. Trminos Espectrales de una Configuracin Electrnica Electrones Equivalentes 2 electrones p equivalentes m

l(1)

ml(2)

+ 1 0 - 1

+1 +2 + 1 0 0 + 1 0 -1 -1 0 -1 -2

Ms = 0 m

l(1)

ml(2)

+ 1 0 - 1

+1 + 1 0 0 + 1 -1 -1 0 -1

Ms = 1 Trminos: 1D 1S 3P Electrones no equivalentes Dos electrones p no equivalentes

L

2 1 0 1 3D3,2,1

3P2,1,0 3S1 S

0 1D2 1P1

1S0


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Energa de los trminos espectrales Reglas empricas de Hund 1) Trminos de electrones equivalentes. Los de mayor multiplicidad tienen

menor energa. 2) De estos, el de menor energa es el de mayor valor de L. 3) De los niveles de energa de un trmino, generalmente el ms estable es el de

menor J si la subcapa est menos que semillena, o el de mayor J si la subcapa est ms que semillena.

Figura 3. Desdoblamiento de la configuracin p2. El desdoblamiento por acoplamiento espn-rbita est muy exagerado.

Conocidas las reglas de seleccin podemos estudiar el espectro: S = 0 L = 0, 1

J = 0, 1 (J = 0 J = 0)


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Diagramas Espectroscpicos. Estructura Fina Alcalinos Los espectros de absorcin son parecidos al del hidrgeno con una nica serie denominada Principal. En los espectros de emisin, adems de la principal aparecen otras series que solapan entre s: Neta, Difusa, Fundamental.

Sodio (ver pgina )

Serie Principal: nP 3S; = 3S nP n = 3, 4, 5,... Serie Neta: nS 3P; = 3P nS n = 4, 5, 6,... Serie Difusa: nD 3P; = 3P nD n = 3, 4, 5,... Serie Fundamental: nF 3D; = 3D nF n = 4, 5, 6,... Estructura fina es anloga a la del hidrgeno. Reglas de Seleccin

n = 0, 1, 2,... l = 1 j = 0, 1

2.-ADSORCIN La adsorcin es el fenmeno en el que sustancias disueltas se adhieren en la superficie de algn lquido o slido. Tiene lugar el enriquecimiento de un componente en la interfase en comparacin con el interior de la fase, en donde, la sustancia atrada hacia la superficie se llama fase adsorbida, y a la que se adhiere se llama adsorbente. ste fenmeno se lleva a cabo debido a que las fuerzas moleculares en la superficie de un lquido se encuentran en un estado de instauracin; para la superficie de un slido, las molculas o iones atraen hacia s, las de otras sustancias que se ponen en contacto retenindolas en su superficie, debido a que no tienen satisfechas todas sus fuerzas de unin con otras partculas. La adsorcin sobre los slidos se clasifica en: adsorcin fsica y adsorcin qumica sta generalmente tiene lugar en reacciones catalticas y por su naturaleza qumica es irreversible. En la adsorcin fsica, las molculas del gas se mantienen unidas a la superficie del slido por medio de las fuerzas de Van der Waals relativamente dbiles. En la quimisorcin, se produce una reaccin qumica en la superficie del slido, y el gas se mantiene unido a la misma a travs de enlaces qumicos relativamente fuertes.

No se puede confundir los trminos absorcin y adsorcin, ya que stos se diferencian en que la adsorcin es la adhesin o concentracin de tomos, molculas o iones de un gas o de un lquido en la superficie de un slido, mientras que la absorcin es la penetracin de una sustancia en la estructura interna de otra, la sustancia no se retiene en la superficie sino que, penetra atravesando ya sea el cuerpo de un slido o un lquido. El estudio de la adsorcin es posible mediante el conocimiento de la isoterma de adsorcin que es la curva de concentracin adsorbida por gramo de adsorbente contra concentracin de soluto en equilibrio,


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durante un proceso a temperatura constante, es decir, la relacin entre la cantidad de sustancia adsorbida por un adsorbente y la presin o concentracin de equilibrio a una temperatura constante. La adsorcin qumica no va ms all de la formacin de una monocapa en la superficie.

Para ms informacin, consultar Fisicoqumica (4 Edicin), I. Levine, McGraw-Hill, 1995, Tomo 2, pg. 392 y siguientes. Apuntes de la asignatura Qumica Fsica Avanzada.

3.-TENSIN SUPERFICIAL

Condicin existente en la superficie libre de un lquido, semejante a las propiedades de una membrana elstica bajo tensin. La tensin es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atraccin no compensada hacia el interior del lquido sobre las molculas individuales de la superficie; esto se refleja en la considerable curvatura en los bordes donde el lquido est en contacto con la pared del recipiente. Concretamente, la tensin superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier lnea recta de la superficie lquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la lnea ejercen una sobre otra.

La tendencia de cualquier superficie lquida es hacerse lo ms reducida posible como resultado de esta tensin, como ocurre con el mercurio, que forma una esfera casi perfecta cuando se deposita una cantidad pequea sobre una superficie horizontal. La forma casi perfectamente esfrica de una burbuja de jabn, que se debe a la distribucin de la tensin sobre la delgada pelcula de jabn, es otro ejemplo de esta fuerza.

Para ms informacin, consultar Fisicoqumica (4 Edicin), I. Levine, McGraw-Hill, 1995, Tomo 1, tema 13 (qumica de superficies). Apuntes de la asignatura Qumica Fsica Avanzada.

4.-COLOIDES. MICELAS Coloide es una sustancia cuyas partculas pueden encontrarse en suspensin en un lquido, merced al equilibrio coloidal; dichas partculas no pueden atravesar la membrana semi-permeable de un osmmetro. La definicin clsica de coloide, tambin llamada dispersin coloidal, se basa en el tamao de las partculas que lo forman, llamadas micelas. Poseen un tamao bastante tamao bastante pequeo, tanto que no pueden verse con los mejores microscopios pticos, aunque son mayores que las molculas ordinarias. Las partculas que forman los sistemas coloidales tienen un tamao comprendido entre 50 y 2000 . En las dispersiones coloidales se distinguen dos partes:

a) Fase dispersa: las llamadas micelas. b) Fase dispersante: en las que estn dispersas las partculas

coloidales. Las partculas coloidales tienen un tamao diminuto, tanto que no pueden separarse de una fase dispersante por filtracin. En la actualidad se sabe que cualquier sustancia, puede alcanzar el estado coloidal, ya que la fase dispersante como la fase dispersiva, pueden ser una gas,


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un lquido o un slido, excepto que ambos no pueden estar en estado gaseoso, son posibles ocho sistemas coloidales : Medio de dispersin

Fase dispersa

Nombre Ejemplos

Gas

Lquido Slido

Aerosol lquido Aerosol slido

Niebla, nubes, polvo, humo.

Lquido

Gas Lquido Slido

Espuma Emulsin Sol

Espumas (de jabn , cerveza, etc.), nata batida. Leche, mahonesa. Pinturas, tinta china, goma arbiga, jaleas

Slido

Gas Lquido Slido

Espuma slida Emulsin slida Sol slido

Piedra pmez. Mantequilla, queso. Algunas aleaciones, piedras preciosas coloreadas

De todos ellos, los ms relevantes son los que poseen un lquido como medio dispersivo, como las emulsiones y los soles. La morfologa de las micelas, en los sistemas coloidales, es variada, distinguimos tres tipos: Esfricas: cuyos coloides se llaman globulares, que son los ms importantes,

dentro de estos los de mayor importancia estn formados por compuestos inorgnicos. Su grado de viscosidad es pequeo.

En forma de fibra: coloides fibrosos, formados por largas cadenas

macromoleculares, de gran viscosidad. Laminares: coloides laminares de viscosidad intermedia.

El efecto Tyndall es el fenmeno por el que se pone de manifiesto la presencia de partculas coloidales, al aparecer como puntos luminosos debido a la luz que dispersan. Este efecto es utilizado para diferenciar las dispersiones coloidales de las disoluciones verdaderas. No pueden verse las micelas, pero si el movimiento que describen, que es desordenado describiendo complicadas trayectorias en forma de zigzag, y el movimiento que describen es el movimiento Browniano. El movimiento Browniano se da debido a los choques de las molculas de disolvente con las micelas coloidales, dificultando que estas se depositen en el fondo. El estudio detallado de este movimiento permiti a Jean Perrin calcular uno de los primeros valores del nmero de Avogadro. El color tan llamativo de muchos coloides se debe a la dispersin selectiva de la luz por las micelas coloidales.


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Las micelas estn cargadas elctricamente. Esta carga es debida a la disociacin de macromolculas y a la adsorcin preferente por las micelas de uno de los tipos de iones presentes en el medio dispersivo

4823 EXPERIMENTACIÓN EN QUÍMICA...

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