UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE BIOLOGÍA

QUIMICA INORGÁNICA

PRÁCTICA No.4: “CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS”

EQUIPO No.5

Aguilar Acevedo Alexa Sharai

Castro González Jesús Emmanuel

Nativitas Lima Reyes

Perusquía Cabrera Daniela

Sánchez Romero Daniela

Mta. IQ.BERTHA MA. DEL ROCÍO HERNÁNDEZ SUÁREZ

Fecha de realización de la práctica: 19/09/2012

Fecha de entrega de la práctica: 25/09/2012

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Universidad Veracruzana

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA

PRÁCTICA No. 4 CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS

SUSTENTO TEÓRICO

CAMBIOS FISICOS Y QUIMICOS

Es toda variación física o química que presenta un material, respecto a un estado

inicial y un estado final. Así mediante el cambio se puede establecer las

propiedades o características de la materia, antes y después del cambio.

Por ejemplo, al dejar una barra de hierro a la intemperie durante algún tiempo

(estado inicial), al término de éste se observa un polvo rojizo la cubre, llamado

oxido o herrumbre (estado final). Inmediatamente surge la pregunta ¿Qué ha

ocurrido? Aparentemente ha habido un cambio; ¿Qué es lo que lo ha producido?

Sencillamente el oxigeno del aire húmedo, ha oxidado el material el cual presenta

características diferentes a las del estado inicial, pues da perdido el color y el brillo

característico del metal. ¿Cómo podría catalogarse el cambio ocurrido al objeto en

cuestión?

1. CAMBIOS FÍSICOS

Pueden definirse como aquellos cambios que sufre la materia en su forma, en su

volumen o en su estado, sin alterar su composición o naturaleza. Así, si se calienta

un bloque de hielo a determinada temperatura, este se licua, es decir, pasa al

estado sólido al liquido modificando su forma y volumen pero conservando su

naturaleza, pues antes del cambio se tenía agua solida y después del cambio se

tiene agua líquida; pero si se continua el calentamiento, finalmente se alcanzará la

temperatura de ebullición y el agua pasa al estado de vapor conservándose

inalterable en todos los casos, la composición de ésta.

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2. CAMBIOS QUÍMICOS:

Estos conllevan una variación en la composición de la naturaleza de la materia, es

decir a partir de una porción de material llamada reactivo, se obtiene un material

distinto denominado Producto, por medio de una reacción de una reacción química

y en la cual pueden influir diversos factores tales como la luz, presión, u otras

sustancias reactivas. La formación del oxido de hierro sobre la barra de metal

constituye un caso de cambio químico, puesto que el oxido de hierro (producto) no

es el mismo que el hierro puro (reactivo). (2)

OBJETIVOS

Poder identificar y diferenciar un cambio físico y un cambio químico en las

transformaciones de la materia, mediante la observación al realizar nuestra práctica

en el laboratorio.

DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA

Con un previo conocimiento de los cambios físicos y químicos de la materia, nos

disponemos a realizar esta práctica en el laboratorio para constatar las diferencias

entre un cambio físico y un cambio químico; observando diferentes reacciones, y

de acuerdo a los resultados obtenidos determinaremos que tipo de cambio sufre

cada uno de nuestros reactivos. Es importante tener en cuenta la naturaleza de las

sustancias a utilizar en nuestra práctica así como sus propiedades para poder

observar los cambios que sufren.

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REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA

COMBUSTION DEL MAGNESIO

1. Se observo la apariencia de un fragmento de cinta de magnesio.

2. Con ayuda de unas pinzas se expuso a la llama de un bunsen.

3. Se recogió la materia de lo que quedo de la combustión en una cápsula de

porcelana.

REACCION DE DESPLAZAMIENTO

1. En un tubo de ensayo se agregaron 5 ml de la solución sulfato de cobre,

después con mucho cuidado se le deslizó un clavo de hierro a la solución. Se dejó

reposar durante 10 minutos

2. Se retiró el clavo y se le examino:

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a) La solución no cambio de color salvo que habían partículas del clavo

mezcladas junto con ella.

b) hubieron cambios notables en el clavo.

CALENTAMIENTO DE VIDRIO

Se tomo una pequeña varilla de vidrio sujetándola del extremo con unas pinzas y

se expuso a la llama del mechero. El cambio que ocurrió resulto ser físico debido a

que no sufrió transformación a nivel molecular, es decir, que las moléculas no se

modificaron como suele ocurrir en un cambio químico.

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REACCION DEL Zn CON EL HCl

Dentro de un tubo de ensayo se introdujo una granalla de cinc con ayuda de una

espátula. Después se le agregaron unas gotas de ácido clorhídrico (HCl).

a) El pedazo de cinc al ser expuesto al HCl reacciono de inmediato, se

podría decir que se sublimo, esto significa que paso de solido a gas en

tan solo unos segundos.

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b) El tipo de cambio en este caso fue físico puesto que solo su estado de

agregación sufrió cambios más no sus moléculas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CONCLUSION

Los elementos se combinan con otros y generar compuestos nuevos, modificando

sus propiedades iníciales. La materia se encuentra bajo constantes cambios ya

sean químicos o físicos. Todos estos cambios son importantes, ya que el inicio de

un cambio puede ser también el comienzo de un ciclo ya sea químico, o

bioquímico, esencial para la vida de muchos organismos incluyendo al ser humano.

La distinción de estos cambios entre físicos y químicos requieren más que de

observación, y gracias al conocimiento adquirido con anterioridad y a la discusión

grupal logramos obtener los resultados certeros de cada uno de los procesos

realizados durante nuestra práctica.

CUESTIONARIO

1. Determine si cada uno de los siguientes procesos es ante todo un cambio

físico o químico, y explique brevemente:

a) La escarcha que se forma al bajar la temperatura en una noche húmeda de

invierno.

Es un proceso físico ya que al cambiar la temperatura del ambiente, el agua

cambia su estado de agregación.

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b) Una planta de maíz crece de una semilla regada y fertilizada.

Cambio químico debido a que la planta al tomar los nutrientes del fertilizante y del

suelo modifica su composición, tomando solamente lo que necesita y dejando los

residuos.

c) La explosión de dinamita que forma una mezcla de gases.

Cambio químico ya que esto es una reacción química ya que se mezclan los

compuestos necesarios para crear una combustión.

d) La transpiración que se evapora cuando se toma un descanso después

de correr.

Cambio físico las sales del cuerpo se solidifican al evaporarse el agua que

traspiramos en forma de sudor.

e) Un tenedor de plata que se oscurece en el aire.

Cambio físico debido a que el agua que se transpiro lo único que hace es

evaporarse y no se modifica la molécula.

f) Desprendimiento de vapores violetas que aparecen cuando se calienta

yodo

Cambio físico el yodo se sublima únicamente.

g) La ignición de vapores de gasolina por una chispa en el cilindro de un

motor.

Cambio químico al generarse el desprendimiento de vapores mediante una

combustión.

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h) La formación de una costra en una herida abierta.

Cambio químico debido a la deposición de colágeno, la formación de tejido granular

y la contracción de la herida

2. Identifique propiedades físicas y químicas en los siguientes enunciados:

a) El calentamiento del óxido de mercurio naranja produce mercurio líquido

plateado y oxígeno gaseoso incoloro.

b) El hierro de la chatarra de los coches lentamente forma una frágil costra café

rojiza. Oxidación y es una propiedad química

3. ¿Cuál de los siguientes cambios puede revertirse con un cambio de

temperatura (es decir, cuáles son cambios físicos)?

a) El rocío condensándose en una hoja. Físico ya que el agua no sufre

alteración alguna.

b) Un huevo que se vuelve duro al hervirlo. No es físico debido a que el huevo

paso por combustión

c) Un helado derritiéndose. Físico porque solo se altero su estado de

agregación.

d) Una porción de masa sobre una plancha caliente. No es físico ya que no

puede regresar a su forma original, debido a que sufrió alteraciones en su

composición.

4. ¿Cómo sabemos cuándo se ha producido una reacción química? Cuando la

materia sufre alteraciones en su composición.

5. ¿Cómo se representan las reacciones químicas? Las reacciones química

utilizan como fundamento la tabla periódica de los elementos, donde se forman por

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grupos que a su vez dependen de las valencias, es decir de el número de átomos

de un elemento químico.

BIBLIOGRAFÍA

R. Chang. "Química". 1999. McGraw-Hill, México.

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ANEXOS

Descubren un nuevo estado de la materia denominado supersólido Por Eduardo Martínez. Los átomos de helio se comportan como si fueran sólidos y fluidos a la vez Científicos de la Universidad de Pennsylvania han descubierto una forma supersólida de helio-4 con todas las propiedades de un superfluido, lo que puede implicar el descubrimiento de un nuevo estado de la materia en el que los átomos se comportan como si fueran sólidos y fluidos a la vez. Si el experimento llegara a establecerse como definitivo, se confirmaría que los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) pueden acceder a un nuevo estado, de naturaleza superior, previsto por la condensación de Bose-Einstein, según la cual todas las partículas se condensan en determinadas condiciones en un mismo estado cuántico. El experimento plantea también nuevos interrogantes acerca de las fronteras reales del universo cuántico.

Dos físicos de la Penn State University de Pennsylvania, el profesor Moses Chan y

el estudiante Eun-Seong Kim, han descubierto una nueva fase de la materia, una

forma supersólida del helio-4, que tiene todas las propiedades de un superfluido. La

nueva fase de la materia es una forma ultrafría, supersólida, de helio-4.

El helio-4 congelado se comporta como una combinación de sólido y súperfluido.

Según sus descubridores, es la primera vez que se obtiene en laboratorio un

material sólido con las características de un superfluido.

Los investigadores explican que su material es un sólido porque todos los átomos

del helio-4 quedan congelados en una película cristalina rígida, tal como ocurre con

los átomos y las moléculas de un cuerpo sólido normal como es el hielo. Sin

embargo, en el caso del helio esta congelación de los átomos no implica que estén

inmóviles.

Cuando el helio-4 llega a la temperatura adecuada (apenas un décimo de grado

sobre el cero absoluto), la película que forma comienza a experimentar las leyes de

la mecánica cuántica.

En ese momento, los átomos de helio comienzan a comportarse como si fueran

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sólidos y fluidos a la vez. Una parte de los átomos de helio comienza a moverse a

través de la película como una sustancia conocida como súperfluido, un líquido que

se mueve sin ninguna fricción. Dado que es un sólido con propiedades de

superfluído, los investigadores han denominado a este nuevo estado de la materia

“supersólido”.

Lo que se desprende de este experimento es que cuando el helio-4 se enfría a

temperaturas extremas, la condensación Bose-Einstein lo convierte en un

superfluido. Aunque la teoría predice que la superfluidez sólo puede existir en el

helio-4 sólido, la fase supersólida nunca se había comprobado en un experimento,

que es lo que han hecho los científicos de Pennsylvania.

Un superfluido es un líquido que fluye sin fricción interna. Para que un líquido sea

superfluido, sus átomos o moléculas deben ser enfriados o "condensados" hasta

que alcanzan el mismo estado quántico.

La superfluidez, especialmente la que existe en el helio-3, es análoga a la

superconductividad convencional de baja temperatura, en la cual los electrones

fluyen a través de ciertos metales y aleaciones sin resistencia.

Leyes cuánticas

La materia está estructurada por átomos que obedecen las leyes de la mecánica

cuántica. A temperaturas normales estas leyes concuerdan con las nociones

clásicas, y las partículas de un gas se comportan como un grupo de bolas de tenis

encerradas en una caja, chocando continuamente unas con otras.

Sin embargo, a medida que disminuye la temperatura comienza a manifestarse el

carácter cuántico de los átomos: a temperaturas suficientemente bajas, algunas de

las partículas subatómicas (más particularmente los bosones) tienden a

acumularse en el estado cuántico energéticamente más bajo, conformando la así

llamada condensación de Bose-Einstein.

La condensación de Bose-Einstein es un fenómeno cuántico que se manifiesta a

escalas macroscópicas. Describe un nuevo estado de la materia que ya fue

predicho por Albert Einstein en los años veinte del siglo pasado, al mismo tiempo

que se desarrollaba la teoría de la mecánica cuántica.

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Eric A. Cornell y Carl E. Weiman, de la Universidad de Colorado (USA), y Wolfgang

Ketterle, del Massachusetts Institute of technology (USA), comprobaron la

veracidad de la condensación Bose-Einistein y recibieron por ello el Premio Nobel

de Física en 2001.

Superátomo, supersólido

A medida que la temperatura desciende, comienza a emerger el carácter

ondulatorio de los átomos. Así, las diferentes ondas de materia pueden unirse unas

con otras y coordinar su estado produciendo la condensación de Bose-Einstein.

En ese sentido, se suele decir que la condensación Bose-Einstein produce un

superátomo, ya que todo el sistema debidamente enfriado queda descrito por una

única función de onda, exactamente como ocurre con un solo átomo. También se

puede hablar de materia coherente como ocurre con la luz coherente en el caso de

un láser

Esto es precisamente lo que consiguieron los investigadores de Pennsylvania con

el helio-4, ya que al ser solidificado a la temperatura adecuada (-273 grados

Celsius) todas sus partículas alcanzaron un mismo estado quántico, fluyendo

continuamente, por lo que denominan a este estado supersólido.

Tal como se explica en el comunicado de la Universidad de Pennsylvania, los

investigadores recurren al siguiente ejemplo para explicar el significado del

experimento: las personas que viajan en el metro están tan apretadas que apenas

pueden moverse. Pero si alcanzaran la fluidez del helio-4 a una temperatura

adecuada, las personas del metro podrían moverse libremente por el vagón sin

tocar a los demás viajeros.

Reforzada la condensación Bose-Einstein

Esto es lo que ha sucedido a nivel de los átomos del helio-4 y sólo puede

explicarse porque las partículas subatómicas del helio se comportan como ondas a

determinadas temperaturas, ya que, como comprobaron los investigadores, una

ligera modificación de la temperatura reduce de nuevo el helio a su estado natural.

Es como si a los pasajeros del metro, una vez se hubieran acomodado para el

viaje, perdieran la fluidez quedando inmovilizados en sus respectivos espacios

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debido a un ligero cambio en la temperatura ambiente.

Si el experimento de los investigadores de Pennsylvania, publicado en la

revista Nature, llegara a repetirse y a establecerse como definitivo, se confirmaría

que los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) pueden acceder a un

nuevo estado, de naturaleza superior, previsto por la condensación de Bose-

Einstein, según la cual todas las partículas se condensan en un mismo estado

cuántico.

A lo largo del siglo pasado, se descubrieron otros fenómenos que pueden

interpretarse también como manifestación de la condensación de Bose-Einstein.

Por otro lado, en los últimos años han sido diversos los esfuerzos por descubrir

nuevos estados de la materia, particularmente en lo que se refiere a los quarks,

partículas que en vez de unirse para formar otras más complejas, permanecen

libres en un aparente nuevo estado de la materia.

Respecto a los bosones, asimismo, diferentes experimentos realizados durante los

últimos 15 años sugieren que estas partículas pueden existir como un metal, lo que

contradice el sentido común y obliga a hablar también de un nuevo estado de la

materia.

También los láseres

Por último, una de les líneas de investigación más candentes en la física actual es

la utilización de haces de luz láser para manipular los átomos y conseguir nuevos

estados de la materia, como los condensados de Bose-Einstein.

Este uso del láser puede servir también para conseguir superposición de

electrones, los así llamados qubits (contracción de quantum y bits, bits cuánticos de

información con más posibles valores que los clásicos 1 y 0). Estos qubits

presentan un gran interés para la computación cuántica y para otros muchos

ámbitos de la ciencia.

La condensación de Bose-Einstein, después del experimento de Pennsylvania, se

refuerza aún más como un nuevo campo de la Física en el que el control del

comportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica abre un inmenso

abanico de aplicaciones, al mismo tiempo que plantea nuevos interrogantes sobre

las fronteras reales del Universo cuántico.

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Las posibles aplicaciones van desde el desarrollo de interferometría atómica

ultraprecisa y el empleo de láseres de átomos para diseñar nanoestructuras de

gran precisión, hasta la obtención de relojes atómicos mucho más fiables que los

actuales.

Fronteras cuánticas

Sin embargo, aparte de las posibles aplicaciones, el caso del helio confirma que el

comportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica es más

sorprendente de lo que originalmente se había pensado.

Recientemente publicamos en [Tendencias]article: que científicos austriacos

habían comprobado que las moléculas de tetrafenilporfirina tienen

comportamientos ondulatorios similares a los de las partículas subatómicas, lo que

planteaba dudas sobre las fronteras reales del universo cuántico.

Dado que la condensación Bose-Einstein ocurre también a nivel macroscópico, las

sorprendentes propiedades del helio replantean la cuestión de hasta qué nivel de

realidad rigen las leyes de la mecánica cuántica, que están en abierta contradicción

con las leyes físicas conocidas.