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MANUAL DE PRÁCTICAS
Agosto-Diciembre 2020
Nombre de la práctica:
EL EFECTO
FOTOELÉCTRICO Y EL
ENSAYO A LA LLAMA
Práctica:
Duración:
1 HORA
Fecha:
28/ago/
Equipo:
Grupo:
I. INTRODUCCIÓN
El reporte que se desarrollará a continuación cuenta con los puntos más
importantes para la realización de los experimentos que se llevarán a cabo en esta
práctica de laboratorio (virtual), a través de simulación identificaremos distintas
propiedades de las sustancias, y como estas están ligadas al tipo de espectro
atómico que emiten diferentes elementos con el fin de visualizar el color que se
genera en la flama dependiendo del metal utilizado, y en consecuencia, lograr
diferenciar entre sí los distintos tipos de flama.
II. OBJETIVOS
● Análisis y explicación del efecto fotoeléctrico ● Identificar y diferenciar metales alcalinos, alcalinotérreos y de transición mediante la observación del espectro de luz emitido por sus átomos a la llama. III. MARCO TEORICO
1. Describe el efecto fotoeléctrico. Cuando un metal electropositivo se ilumina con luz de cierta longitud de onda se produce un flujo de electrones. Para cada metal existe una max , por encima de la cual el efecto se deja de observar.
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Figura 1. Reacción de electrones en un metal ante luz [6] Entre más electropositivo es el metal, mayor se requiere, para que los electrones puedan desprenderse, requieren energía proporcionada por la luz (radiación electromagnética). E (^) abs = ω + T = F unci ó n trabajo : energ í a m í nima que se requiere para quitar e − T = Energ í a cin é tica del e − La energía cinética, T , máxima de los electrones depende de la longitud de onda, , y es completamente independiente de la intensidad de la luz, I. La energía radiante está cuantizada y consiste de partículas o cuantos de energía E = hv → fotón. [6]
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Figura 3. Propiedades de las ondas. [7]
3. ¿Qué es un espectro de emisión? Espectro que presenta una secuencia de frecuencias, en un intervalo relativamente ancho, correspondientes a los fotones emitidos por una fuente, generalmente representando la potencia radiante emitida en función de la frecuencia o longitud de onda. A nivel molecular, el sistema sufre una transición de un estado de mayor energía (Em) a uno de menor energía (En), emitiendo el exceso de energía (hv) en forma de fotón. _[9]
- ¿Qué es el color?_ Se llama color a la impresión sensorial que produce la luz sobre cualquier objeto de los que puede captar el ojo, esta impresión nos permite apreciar, diferenciar y analizar la fisionomía de la naturaleza y de las cosas que nos rodean, dándonos imágenes nítidas, completas y reales. Existen dos teorías del color: ● Teoría de la luz o síntesis aditiva: colores luz, se obtiene directamente del espectro o de haces luminosos de diversos colores obtenidos por el paso
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de la luz blanca a través de filtros de color. Colores base o primarios: azul, verde y magenta. ● Teoría de los pigmentos o síntesis sustractiva: colores pigmento, son sustancias utilizadas para colorear o teñir otras materias que se obtienen de los siguientes grupos: vegetales, animales y artificiales. Los colores básicos son: amarillo, rojo y azul. [8]
5. ¿Qué es la espectroscopia? Estudio e interpretación de sistemas materiales mediante la radiación electromagnética con la que interaccionan. Es capaz de proporcionar un número de propiedades estructurales: eléctricas o energéticas. Relaciones analíticas entre espectros experimentales y propiedades moleculares. [9]
- ¿Qué es la emisión y la absorción atómica? Los espectros de emisión son los espectros continuos o de líneas de radiación emitida por las sustancias, es posible observar un espectro de emisión de una sustancia al “energizar” una muestra de material mediante energía térmica , o bien con alguna otra forma de energía como una descarga eléctrica de alto voltaje. Así, una barra de hierro calentada al “rojo” o al “blanco” incandescente, recién sacada de la fuente de calentamiento, emite un resplandor característico. Este resplandor es la parte del espectro visible para el ojo humano. El calor de esta misma barra representa otra parte de su espectro de emisión: la región infrarroja. Los espectros de emisión de los sólidos calentados tienen una característica común con el espectro solar : ambos son continuos; esto es, todas las longitudes de onda de la luz visible están representadas en estos espectros. Los espectros de emisión de los átomos en fase gaseosa no muestran una distribución continua de longitudes de onda del rojo al violeta; más bien, los átomos producen líneas brillantes en distintas partes del espectro visible.
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En los primeros estudios del espectro solar, los científicos descubrieron que ciertas líneas no coincidían con ningún elemento conocido. ¡Se había descubierto un nuevo elemento! Este nuevo elemento fue llamado helio, por la palabra en griego para Sol, helios. Figura 5. Espectro de absorción del hidrógeno b). Las líneas oscuras de absorción se presentan en las mismas longitudes de onda que las líneas de emisión del hidrógeno en a). [10] IV. EQUIPO Y MATERIALES ● Computadora ● Red/internet ● Plataforma zoom ● Libreta para notas V. METODOLOGÍA
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- Experimento virtual 1. El efecto fotoeléctrico. ● Visualiza el vídeo demostrativo “El efecto fotoeléctrico” (Universidad de California, 2012). El link de acceso es: https://www.youtube.com/watch?v=kcSYV8bJox8. ● Responde el cuestionario y discute los resultados con tus compañeros.
- Experimento virtual 2. Ensayo a la llama. ● Visualiza el vídeo demostrativo “La demostración del arcoíris mediante la llama” (Chemistry, 2018). El link de acceso es: https://www.youtube.com/watch?v=TOyDzOc2AaI. ● Utiliza el simulador del ensayo a la llama, el link de acceso es: https://www.newpathonline.com/free-curriculum-resources/virtual_lab/Flame_Test/ 9/12,13,14/1914. Sigue las instrucciones e identifica el ion presente en las soluciones acuosas por el color que emiten al ser colocadas en la parte reductora de la llama. Finalmente, identificarás una sal desconocida y determinaras el ion metálico presente en la muestra (Learning, s.f.). Nota: El simulador te dejará hacer dos intentos por visita por lo que será necesario que vuelvas a acceder y comiences con otras sales. ● Como apoyo de tu experimento puedes visualizar la práctica realizada por el departamento de Educación a distancia de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANl, 2013). El link de acceso es https://www.youtube.com/watch?v=69ZZGXlsQ9Q&feature=youtu.be ● Responde el cuestionario y discute los resultados con tus compañeros. ● Puedes revisar la infografía elaborada por el sitio web Compound Web, 2014. https://www.compoundchem.com/2014/02/06/metal-ion-flame-test-colours-chart/
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● Experimento 2: Ensayo a la llama.
- ¿Qué solvente se utilizó en el experimento de “La demostración del arcoíris mediante la llama”? Se usó etanol ya que para hacer una práctica es menos peligroso ya que el metanol posee un punto de inflamación muy bajo lo que implica la existencia de una chispa o cualquier otra fuente de ignición con suficiente calor para calentar el líquido hasta incendiarlo y también es tóxico. ¿De qué metales se mostró la llama y a qué grupo de la tabla periódica pertenecen? Metales del grupo I A Litio Sodio Potasio Metaloides del grupo III A Boro Metales de transición del grupo I B Cobre
- ¿Qué se menciona sobre la emisión y llama del potasio? Menciona que potasio tiene una un espectro de emisión que casi no se puede ver en ciertos momentos esto es porque ocurre una transición del orbital 4p al orbital 4s donde el espectro de luz no es visible por lo que tendría una longitud de onda superior a los 700 nm por lo que implica que tenga una menor frecuencia que los otros elementos.
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- Completa la siguiente tabla en relación al experimento virtual del ensayo a la llama. Solución problema Nombre de la sustancia Formula química Color de la llama Metal que la produce Longitud de onda (nm) 1 Cloruro de Litio LiCl Rojo intenso Litio 750 nm 2 Cloruro de Calcio CaCl2 Naranja Calcio 650 nm 3 Cloruro de Potasio KCl Morado-Vi oleta Potasio 380 nm 4 Cloruro de Cobre (II) CuCl2 Verde Cobre 500 nm 5 Cloruro de Estroncio SrCl2 Rojo Estroncio 700 nm 6 Cloruro Sodio NaCl Amarillo Sodio 590 nm 7 Cloruro de Bario BaCl2 Amarilo-V erde Bario 550 nm Tabla 2. Simulación del ensayo a la llama
- ¿Por qué los metales producen una coloración específica a la llama? Al someterlos al fuego se excitan los electrones y saltan desde su estado fundamental a niveles de mayor energía y cae de nuevo a niveles de menor energía y se produce la emisión de un fotón de una longitud de onda definida que aparece como una raya o línea concreta en el espectro de emisión.
- ¿Por qué los colores de luz son específicos de cada sustancia? Cada elemento es capaz de excitar electrones a otros niveles de energía con radiación de ondas electromagnéticas pero lo que lo distingue es que cada elemento puede excitarlos a ciertas frecuencias, cuando se excita un elemento
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IX. BIBLIOGRAFIA
[1] Chem, C. (6 de Febrero de 2014). Compound Chem. Obtenido de Infografía: https://www.compoundchem.com/2014/02/06/metal-ion-flame-test-colours-chart/ [2] Chemistry, R. S. (Septiembre de 2018). The rainbow flame demonstration. Obtenido de Archivo de vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=TOyDzOc2AaI [3] Learning, N. P. (s.f.). Simulador. Obtenido de Flame Test Virtual Lab: https://www.newpathonline.com/free-curriculum-resources/virtual_lab/Flame_Test/ 9/12,13,14/ [4] Universidad Autónoma de Nuevo León, D. (30 de Julio de 2013). Laboratorio de Química - Practica 3 - Ensayos a la flama. Obtenido de Archivo de vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=69ZZGXlsQ9Q&feature=youtu.be [5] Universidad de California, B. (30 de enero de 2012). Photoelectric effect. Obtenido de Archivo de vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=kcSYV8bJox [6] Flores, M. (2018). ”Estructura de la materia: Efecto fotoeléctrico”. (pp.2-10). Facultad de química, UNAM.
[7] Anónimo. (S.A.). “ Características de la onda electromagnética ”. Recuperado
agosto 22, 2020, de Birt LH Sitio web:
https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/IEA/ICTV/ICTV02/es_IEA_ICTV02_Contenidos/w ebsite_21_caractersticas_de_la_onda_electromagntica.html#:~:text=Las%20ondas %20electromagn%C3%A9ticas%20poseen%20ciertas,es%20de%20300.000%20K m%2Fs. [8] Anónimo.(SA). “El color”. Recuperado agosto, 22, 2020, de Sitio web: http://cdigital.dgb.uanl.mx/la/1020147260/1020147260_008.pdf
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[9] García, J. (2012). ”Características generales de la espectroscopía”. (pp. 7-10). Grupo de química cuántica, Universidad de Alicante. [10] Raymond A. Serway, J. W. (s.f.). F Í S I C A para ciencias e ingeniería. [11] edición, R. C. (2013). Química. CHINA: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. X. ANEXO ● Infografía sobre los colores a la llama de distintos iones metálicos elaborada por el sitio web Compound Chem, 2014. Utiliza el link: https://www.compoundchem.com/2014/02/06/metal-ion-flame-test-colours-chart/
