ESTUDIO DE LA LLAMA Y ENSAYOS A LA LLAMA

OBJETIVOS:

Observar detenidamente el funcionamiento del mechero de Bunsen, la descripción de cada combustión y la forma de llama que se produce.

Identificar sustancias a través de ensayos a la llama Ver los diferentes comportamientos de los elementos a través de la

llama del mechero de bunsen.

I. DETALLES EXPERIMENTALES:

1. SECUENCIAS

1.1. Seguridad en el laboratorio

Los productos inflamables no deben estar cerca de fuentes de calor, como estufas, hornillos, radiadores, mecheros, etc.

Tener cuidado con los bordes y puntas cortantes de tubos u objetos de vidrio. Alisarlos al fuego. Mantenerlos siempre lejos de los ojos y de la boca.

El vidrio caliente no se diferencia a simple vista del vidrio frío. Para evitar quemaduras, dejarlo enfriar antes de tocarlo, pero que la superficie no esté fría, porque podría romperse.

Las manos se protegerán con guantes o trapos cuando se introduzca un tapón en un tubo de vidrio.

El uso del gas butano requiere un cuidado especial: si se advierte su olor, cerrar la llave y avisar al profesor.

Si se vierte un producto inflamable, córtese inmediatamente la llave general de gas y ventilar muy bien el local.

1.2. Mechero

El mechero es un instrumento de laboratorio de gran utilidad. Fue diseñado con el propósito de obtener una llama que proporcione máximo calor y no produzca depósitos de hollín al calentar los objetos.

a. Partes del mechero

a.1. El Quemador: es un tubo de 12.7cm. de largo y 0.95cm. de diámetro interior, el quemador se fija en la bomba atornillándose a él.

a.2. Esprea: se encuentra en el interior y cerca de la base. Su función es esparcir finamente el gas a lo largo del quemador.

a.3. Collarín: sirve para controlarla entrada al aire. A través de este dispositivo encontraremos la posibilidad de obtener llamas luminosas o no luminosas.

a.4. Entrada del gas combustible: se encuentra en la base va conectado a una manguera, por donde ingresa el combustible. Este último sigue su trayectoria hasta la espera, donde, como ya indicamos, será esparcido en el quemador.

a.5. Válvula: se encuentra en la parte inferior de la base, y sirve para regular la cantidad de gas.

1.3. La llama

La llama del mechero es producida por la reacción química de dos gases: un gas combustible (propano, butano, gas natural) y un gas comburente (oxígeno, proporcionado por el aire). El gas que penetra en un mechero pasa a través de una boquilla cercana a la base del tubo de mezcla gas-aire.

La llama es considerada como una combustión visible que implica desprendimiento de calor a elevada temperatura; ésta última depende entre otros factores de: la naturaleza de los gases combustibles y de la proporción combustible-comburente. En el caso del propano, la proporción de la mezcla es de cinco partes de aire por una de gas, obteniéndose una llama de color azul.

*Si se reduce el volumen de aire, el mechero producirá una llama amarilla luminosa y humeante. En este caso la combustión será

Incompleta.

Cuando el mechero funciona con la proporción adecuada de combustible y comburente, la llama presenta dos zonas (o conos) diferentes.

El cono interno está constituido por gas parcialmente quemado, el cual es una mezcla de monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2), dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno (N2). En el cono exterior esa mezcla de gases arde por completo gracias al oxígeno del aire circundante. Esta es la parte más caliente de la llama.

La llama amarilla humeante tiene un bajo poder calorífico y lo comprobamos al ver que humea, pues al exponer una cápsula de porcelana a la llama amarilla, la cápsula color blanco queda humeada debido a la llama amarilla. Por el contrario, la llama azul tiene un alto

poder calorífico y es por ello ideal para experimentos de laboratorio. Por ello debemos saber manejar el mechero de Bunsen.

Al abrir la ventana, el gas se mezcla con Oxígeno, y se genera la llama azul que es la que tiene el mayor potencial calorífico. Por el contrario, al cerrar ventana, la llama se pone amarilla y grande, siendo una llama que humea, con bajo potencial calorífico, no ideal para trabajos de laboratorio.

a. Las tres partes de la llama son:

a.1. Zona de oxidación: es la parte superior de color amarillo, que es una llama humante y con bajo potencial calorífico.

a.2. Zona de Reducción: es la llama que presenta un color azul tenue.

a.3. Cono Frió: parte inferior de la llama.

b. Clases de llama que se forman:

b.1. Llama Luminosa: Se produce cuando la combustión es incompleta, es decir cuando el collarín impide la entrada de aire suficiente para la combustión completa (O2) ello originará pequeñas partículas de carbón por la descomposición de gas, la que incandescentemente generando una llama luminosa. Con esta clase de llama generalmente se tiene temperaturas relativamente bajas y no son muy empleadas puesto que la descomposición del gas no es total.

La reacción química que ocurre, en el caso de que el combustible sea el propano (C3H8) y que la combustión sea incompleta, es la siguiente:

C3H8(g) + 3 O2(g) ---> 2 CO(g) + C(s) + 4 H2O(g)

b.2. Llama no Luminosa: Se produce cuando la entrada del aire (desde el collarín) está abierta y produciendo una combustión completa (con exceso de oxigeno).

La reacción química que ocurre, en el caso de que el combustible sea el propano (C3H8) y que la combustión sea completa, es la siguiente:

C3H8(g) + 5 O2(g) ---> 3 CO2(g) + 4 H2O(g)

En esta clase de llama pueden distinguirse siguientes zonas:

I. Zona fría o base de la llama: se lo caliza en la parte inferior de la periferia del cono exterior, cerca de la boca del quemador. Tiene un color azul oscuro y está formado por una mezcla de gases y aire sin quemar. Su temperatura s relativamente baja debido a que el gas que esta quemándose es enfriado por el aire que sube pegado a la pared interior del quemador, además la boca de este también absorbe una cantidad importante de calor. Esta zona se usa para el ensayo de compuestos de volátiles y que se reconocen por los colores cara característica que toma la llama.

II. Zona de fusión: se localiza un poco más arriba del primer tercio de la altura total de la flama, a partir del borde del quemador y entre el cono exterior y el interior, o sea en la parte más gruesa de la figura que dibuja la flama en el espacio. En esta zona se tiene temperaturas de unos 1,200°C a 1,500°C por lo cual es muy utilizada para los ensayos de fusión de sustancias poco volátiles y a la perla.

III. Cono externo: posee un color azul pálido transparente, es el más grande, es la zona donde se produce la combustión completa, también se encuentra la zona superior del cono exterior. Aquí se verifica la más alta oxidación.

IV. Cono interno: posee un color azul brillante, es la zona donde se producen las reacciones iniciales de combustión y se encuentran dentro de ellas las zonas superior e inferior de reducción, la superior viene a ser el vértice del cono, su propiedad reductora es más alta que se puede obtener en el mechero.

2. PARTE EXPERIMENTAL

2.1. Trabajo del vidrio

Materiales a utilizar

Mechero de Bunsen Barras de Vidrio

a. Rebordeado de vidrios al fuego

a.1. Al practicar cortes de tubos de vidrio resultan bordes muy afilados, que pueden causar cortaduras en el operador o dañar los tubos de caucho y los tapones.

a.2. Estos problemas se obvian aplicando a los extremos recién cortados a la llama del mechero, ajustada convenientemente (llama baja y caliente).

a.3. El calentamiento debe ser uniforme, para lo cual se hace girar el tubo cuidando que no se produzca reducción en el diámetro del tubo, por calentar demasiado tiempo.

a.4. Terminado el bordeado, se coloca el tubo sobre una malla de asbesto u otro material no inflamable, hasta que se enfrié, y luego si se utiliza.

b. Estirado del vidrio

b.1. Introducir el tubo al mismo tiempo que lo gira en la zona de la llama con más poder calorífico.

b.2. Cuando se obtiene un estado plástico en el vidrio, se retira de la llama y se espera un momento, para luego estirar hasta obtener el diámetro del tubo capilar que se desea.

b.3. Si se quiere sellar un tubo por uno de sus extremos, se calienta en la forma descrita; el estiramiento debe ser rápido, y la punta de la parte estirada se suprime aplicando una varilla de vidrio caliente.

b.4. Se continúa calentando para engrosar el extremo sellado el cual debe ser uniforme en su grosor.

c. Doblamiento de tubos de vidrio

c.1. El doblamiento de tubos de vidrio de diámetros pequeños se logra mediante el calentamiento adecuado.

c.2. Para obtener una mayor extensión de la llama del mechero, se aplica a la boca del tubo de aquel, un adaptador triangular llamado Mariposa.

c.3. La parte del tubo que se desea doblar, se coloca en la zona mas caliente de la llama, en posición horizontal.

c.4. Uniformemente debe hacerse girar el tubo entre los dedos de ambas manos, para asegurar un calentamiento también uniforme de la sección que se va a doblar; es conveniente calentar el tubo en una extensión de 5 a 7 cm.

c.5. Se evidencia un calentamiento adecuado, cuando el mismo tubo se curva ligeramente; en este momento se retira de la llama e inmediatamente, se dobla presionando igualmente los dos extremos, hasta lograr el Angulo deseado.

c.6. La sección doblada no debe presentar aplastamientos, ensanchamientos ni estrangulamientos; si los presenta, se ha procedido mal.

d. Espectros de algunas sustancias químicas

Los vapores de ciertos elementos imparten un color caracteristico a la llama. Esta propiedad es usada en la identificacion de varios elementos metalicos como sodio, calcio,etc. La coloracion en la llama es causada por un cambio en los niveles de energia de algunos electrones de los atomos de los elementos.Para un elemento particular la coloracion de la llama es siempre la misma, independiente de si el elemento se encuentra en estado libre o combinando con otros.

d.1. Se lava el alambre de nicromio con agua destilada y acido clorhidrico.

d.2. Luego con el alambre de nicromio tomamos una pequeña muestra de los siguientes compuesto quimico: sulfato de cobre, cloruro de sodio, cloruro de estroncio, cloruro de potasio.

d.3. Finalmente lo llevamos a la llama del mechero de Bunsen y observamos el color de la llama.

ELEMENTO COLOR DE LA LLAMA

INTENSIDAD (Å)

Ba Verde Claro Baja 5.150

Ca Rojo - Anaranjado Media 6.060

Cu Azul verde - intenso Media 5.790 - 5.850

Cr Amarillo Media 5.790 - 5.850

Cs Rojo Claro Media 6.520 - 6.940

In Violeta - Rosado Media 4.510

K Violeta Alta 4.044

Li Rojo - Intenso Alta 6.710

Na Amarillo Muy Alta 5.890 - 5.896

Pb Azul Gris Claro Escasa -----

Sr Rojo Media 6.620 - 6.880

CUESTIONARIO

1.- ¿Qué precauciones debe tener para el buen funcionamiento de un mechero de laboratorio?

a.- se debe ver que el mechero no tenga una fuga en la llave o en la manguera.

b.- no acercar el mechero sobre un objeto inflamable.

c.- abrir la ventana del mechero hasta obtener la llama no luminosa.

2.- ¿Qué principio físico utiliza el mechero de Bunsen?

Baku (también conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en

movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar

la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este

punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una

aspiración del fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto,

demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni

Venturi (1746-1822).

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de

continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección

disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección.

Por el teorema de la energía si la energía cinética aumenta, la energía

determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.

3.- ¿Qué combustible se utilizó para el encendido d el mechero?

El combustible usado es el gas propano C3H8.

4.- ¿Qué sustancia actúa como comburente?

La sustancia es el oxígeno (O2).

5.- ¿Cuáles son las razones por las que no se debe utilizar la llama luminosa en el trabajo de laboratorio?

1.- Porque su llama es menos intensidad que la llama no luminosa

2.- Porque su llama tiene partículas de carbono, dando un color amarillento.

3.- Porque esta llama “ensucia” y “negrea” las muestras

6.- ¿Cómo se obtiene el propano industrialmente? ¿Tiene olor?

El propano se suele obtener del gas natural o de los gases de los procesos de "cracking" producidos en las instalaciones petroquímicas.Su fórmula química C3H8.Pertenece a los hidrocarburos alifáticos (los alcanos).

El propano es un gas incoloro e inodoro. Esto quiere decir que NO TIENE OLOR. El olor que nosotros sentimos es el azufre que es agregado al gas propano en las industrias para detectar si hay fuga de este gas.

7.- ¿La temperatura de la llama no luminosa, superará a la temperatura de la llama de un soplete?

NO. La temperatura de un soplete es mucho mayor, pues esta obtiene un oxigeno más puro que el del mechero, que obtiene su llama del aire (N278%- O2 20.9%- Ar 0.9%- otros 0.03%).

8.- ¿Cómo procedería en un eventual incendio producido por descontrol de la llama del mechero?

Lo primero es apagar la válvula de gas que da el mechero o la llave general del gas. Luego tratar de que el fuego no alcance otros salones consiguiendo un extintor o agua.

BIBLIOGRAFÍA

1. SORIANO FRANCIA, José

Manual de Laboratorio

3. CARRASCO VENEGAS, Luís

Química Experimental

4. Pág. Web:http://es.wikipedia.org/wiki/Mechero_Bunsen

5. Pág. Web: http://www.computerhuesca.es/~fvalles/mechero/mechero.htm

6. Pág. Web: http://elmecherobunsen.wordpress.com/