LA COMBUSTIÓN: UNA FUENTE DE ENERGÍA

Los combustibles son sustancias de origen orgánico que contienen almacenada en sus enlaces químicos (covalentes) una gran cantidad de energía (que tuvo origen en el sol). Por ejemplo, cando el metano, principal componente del gas natural, se quema frente al oxigeno se produce CO2, vapor de agua y liberación de su energía almacenada en forma de luz  y calor proceso en el cual se cumple la ley de la conservación de la material y la energía.

PROBLEMA

¿Qué hace que un combustible sea mejor que otro?

HIPÓTESIS

¿Si se emplean diferentes combustibles estos suministran la misma cantidad de energía?

OBJETIVO

Determinar si diferentes combustibles suministran igual o diferente energía calorífica durante su combustión.

PREPARACIÓN

MATERIALES

Lata vacía de bebida gaseosa, probeta graduada de 50ML, balanza electrónica, soporte universal con pinzas, un termómetro, un frasco mechero con alcohol, un frasco mechero con gasolina, una vela y agua.

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Utiliza bata blanca de laboratorio para proteger tu ropa. Si trabajas con combustibles líquidos manéjalos con cuidado, evita derramarlos y mantén siempre limpia tu mesa de trabajo. En caso de utilizar vela para el experimento no tires los sólidos a las tarjas porque se tapan.

PROCEDIMIENTO

Coloca 50ML de agua fría en una probeta graduada (previamente pesada) y determina su masa. Vierte el agua en una lata vacía de bebida gaseosa (lata de aluminio). Con ayuda del soporte universal, el anillo de hierro y una varilla, suspende la lata de manera que el mechero o la vela queden a unos 2cm debajo de la lata. Determina la temperatura ambiente y la temperatura del agua y anota estos valores.

Coloca el mechero de alcohol o de gasolina o la vela bajo la lata con agua; enciende tu combustible y agita el agua durante el calentamiento (si es necesario ajusta la altura de la lata en caso de utilizar una vela).

Caliente hasta que el agua alcance la temperatura de 30°C . Apaga tu combustible y determina su masa.

Continúa agitando el agua de la lata y determina la temperatura máxima alcanzada. Anota este valor.

DATOS Y OBSERVACIONES

Masa de 50 mililitros de agua	48.3
Masa inicial de combustible	70
Masa final del combustible	55
Masa consumida de combustible (Variación de la masa del combustible)	15
Temperatura inicial del agua	18°C
Temperatura máxima alcanzada por el agua	33°C
Variación de la temperatura del agua	15°C

 

REFERENCIA: QUÍMICA 1 (AGUA Y OXÍGENO)
                            Antonio Rico Galicia
                            Rosa Elba Pérez Orta

COMBUSTIÓN DE UNA VELA EN EL AIRE

Las velas que comúnmente conocemos son barras cilíndricas de cera o parafina provistas de una mecha, que al encenderla produce una llama que utilizamos para iluminar una habitación. Esta reacción química se conoce con el nombre de combustión, la cual se lleva a cabo en ´resencia del oxígeno del aire cuyo papel es la de ser el comburente por excelencia.
PROBLEMA
¿Qué elementos químicos constituyen a las ceras o parafinas que al quemarlas en presencia del aire producen la combustión?
HIPÓTESIS
¿Qué elementos químicos constituyen a las ceras o parafinas?
OBJETIVOS
°Determinar qué elementos constituyen a los combustibles, como las parafinas.
°Identificar cuáles son los productos de la combustión
PREPARACIÓN
Materiales: Una vela de 20 cm de altura, cerillos, un plato de cerámica o plástico, un vaso de precipitados de 250 mL, pinzas para vaso, un embudo de vidrio de talle corto, tubo de ensayo chico con tapón, papel aluminio (20X20), un trozo de huelo y sal y agua de cal Ca(OH)2  incolora, previamente preparada.
MEDIDAS DE SEGURIDAD
Utiliza bata blanca de laboratorio para proteger tu ropa, no tires los residuos sólidos por las  tarjas porque se tapan, después de utilizar las velas entrégalas a tu profesor, no juegues con los cerillos dentro del laboratorio, recuerda que hay llaves de gas.
PROCEDIMIENTO
Fija la vela en el centro del plato, enciéndela y observa la flama que se produce. Enseguida, coloca, por unos segundos, un vaso de precipitados sobre la flama empleando unas pinzas para tu seguridad. Trata de tocar la superficie que estuvo en contacto con la flama y responde lo que se pide:
DATOS Y OBSERVACIONES

PREGUNTA	RESPUESTA
¿Cómo es la flama de la vela?	La flama es pequeña aunque al inicio es más fuerte.
¿Qué le sucede a la superficie del vaso que estuvo en contacto con la flama?	Queda manchado por la combustión.

Envuelve en el papel aluminio unos trozos de hielo rociados con sal, sujétalos con la mano formando una especie de bolsa y colócala sobre la vela encendida a unos 15 cm de la flama. Responde lo siguiente:

PREGUNTA	RESPUESTA
¿Qué se observa sobre la superficie de la bolsa de hielo?	Comienza a tener sudoración
¿Esta sustancia es producto de la combustión o el aluminio permitió que se filtrara desde el interior?	El aluminio permitió que se filtrara desde el interior

Coloca un embudo de filtración de talle corto, de vidrio, en forma invertida sobre la flama, acerca iun cerillo encendido a la punta del talle y anota tus observaciones.

Ahora coloca un tubo de ensayo chico sobre el talle del embudo, también en forma invertida y colecta el gas que procede de la flama a través del mismo embudo. Después de unos segundos tapa el tubo que contiene el gas colectado y agrégale 1 mL de una disolución incolora de agua de cal CA(OH)2, previamente preparada y agita vigorosamente el contenido.

PREGUNTA	RESPUESTA
El gas que sale por el talle del embudo de vidrio ¿aviva o apaga la llama del cerillo?	Apaga la flama
¿Qué le sucede al agua de cal cuando se combina con este gas?	Se torna color blanco

ANÁLISIS Y CONCLUSIÓN

¿Qué producto de la combustión se deposita en las paredes de la bolsa de aluminio con hielo?

Los productos de la combustión son: dióxido de carbono, vapor de agua y energía (luz y calor), ¿cuál de estos productos consideras que es el que apaga la flama del cerillo y enturbia el agua de cal?

¿Por qué se consume la vela durante la combustión?

Porque la parafina es un hidrocarburo con punto de ebullición bajo

¿Qué papel cumple el oxígeno del aire en la reacción de combustión?

Es el comburente sin un comburente, en este caso el oxígeno no puede producir la combustión.

                      

 

REFERENCIA: QUÍMICA 1 (AGUA Y OXÍGENO)

                            Antonio Rico Galicia

                            Rosa Elba Pérez Orta

REACCIÓN DEL OXÍGENO CON METALES Y NO METALES

Todos alguna vez hemos tenido una experiencia con el fenómeno de la oxidación, cuando el oxígeno reacciona con un elemento para formar un óxido. Este comportamiento es una propiedad química característica que permite establecer diferencias entre un metal y un no metal.
PROBLEMA
¿El comportamiento químico de un metal frente al oxígeno es igual que el de un no metal?
HIPÓTESIS
La reacción de oxidación para metales y no metales es completamente diferente.
OBJETIVO
°Establecer la diferencia entre los metales y los no metales con base en su comportamiennto químico con el oxígeno.
PREPARACIÓN
MATERIALES
Cucharilla de combustión, dos vasos de precipitados de 50 mL, dos matraces Erlenmeyer de 250 mL con tapón, pinzas para crisol, cápsula de porcelana, soporte universal completo, mechero Bunsen, cinta de magnesio, un pequeño trozo de sodio o calcio, azufre en polvo, carbón en polvo, pizeta con agua destilada, indicador universal en frasco con gotero y lentes de seguridad.
MEDIDAS DE SEGURIDAD
Usa bata de laboratorio. Emplea las pinzas para crisol para sujetar la cinta de magnesio y cuando la estés calentando no observes directamente la luz que se produce. Cuando caientes azufre o carbón emplea cantidades no mayores al tamaño de un cerillo, captura inmediatamente los humos producidos y no inhales directamente. Los residuos sólidos envuélvelos en papel y deséchalos al bote de la basura del laboratorio. Los residuos líquidos deséchalos por la tarja y vierte suficiente agua para que se eliminen. Solicita la ayuda de tu profesor en caso de alguna duda.
PROCEDIMIENTO
1. A un vaso de precipitados de 50 mL agrega 10 mL, de agua destilada y tres gotas de indicador universal. Sujeta un pedazo de cinta de magnesio de aproximadamente de 1 cm de largo con unas pinzas para crisol y quémala en la flama azul del mechero; al terminar la combustión introduce en el vaso las cenizas de la cinta y registra tus observaciones.
Nota: al calentar el magnesio no observes directamente la luz que se produce durante el calentamiento , ya que puede afectar a los ojos.
2. Repite la operación anterior, ahora con un pequeño trozo de sodio o calcio y anota tus observaciones.
Nota: realizar el calentamiento del sodio en una cápsula de porcelana y utiliza los lentes de seguridad.
3. Coloca en la cucharilla de combustión de combustión una muestra no mayor al tamaño de una cabeza de cerillo de azufre en polvo. Calienta la cucharilla en la flama azul del mechero y cuando se produzca un gas captúralo rápidamente en un matraz Erlenmeyer invertido, tapa inmediatamente y agrega 10 mililitros de agua destilada con tres gotas de indicador universal, agita y anota tus observaciones.
Nota: No inhales directamente los humos producidos.
4. Realiza la misma operación que con el azufre, pero ahora con carbón en polvo observando las mismas precauciones. No olvides anotar tus observaciones.
ANÁLISIS Y CONCLUSIÓN
Con base en el registro de tus observaciones responde lo siguiente:
1. ¿Qué propiedades tienen en común los óxidos de magnesio y de sodio o calcio?
R= Color
2. ¿Qué propiedades tienen en común los óxidos de azufre y de carbono?
R= Color y como es su combustión
3. Se sabe que el magnesio y el sodio o el calcio son elementos metálicos y que el azufre y el carbono son elementos no metálicos: ¿existe alguna diferencia entre los óxidos de metales y los óxidos de los no metales?
R= Si
4. ¿Se afirmar que los metales tienen el mismo comportamiento químico frente al oxígeno? Justifica tu respuesta.
R= Si, tienen las mismas propiedades
5. ¿Se puede afirmar que los no metales tienen el mismo comportamiento químico frente al oxígeno? Justifica tu respuesta.
R= Si, tienen las mismas propiedades.
6. ¿Se puede afirmar que los metales y los no metales tiene  diferente comportamiento químico frente al oxígeno?
R= si, ya que son distintos en varios aspectos.
Justifica tu respuesta.
7. Escribe las ecuaciones que representan las siguientes reacciones químicas.
a) oxidación del magnesio
b) oxidación de sodio o calcio
c) oxidación de azufre
d) oxidación de carbono
8. ¿Las reacciones de oxidación efectuadas son endotérmicas o exotérmicas? En qué basas tu respuesta.

Sustancia	Color inicial de agua con indicador,	Color final	Ecuación química
Aluminio	verde	verde	Al + O =Al2O3 Al2O3+H2O=Al(OH)3
Cobre	verde	morada	Cu + O = CuO CuO+H2O= CuOH
Hierro	VERDE	MORADO	Fe + O = FeO FeO+H2O=Fe(OH)2
Magnesio	Verde claro	Verde oscuro	Mg + O = MgO MgO+H2O=Mg(OH)2
Zinc	Verde claro	morado	Zn + O=ZnO ZnO+H2O=Zn(OH)2

REFERENCIA: QUÍMICA 1 (AGUA Y OXÍGENO)

                            Antonio Rico Galicia

                            Rosa Elba Pérez Orta

entrada 12

ENLACE IÓNICO Y COVALENTE

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Entrada 11

REACCIÓN DEL OXÍGENO CON METALES Y NO METALES
Todos alguna vez, hemos tenido una experiencia con el fenómeno de la oxidación, cuando el oxígeno reacciona con un elemento para formar un óxido. Este comportamiento es una propiedad química característica que permite establecer diferencias entre un metal y un no metal.

PROBLEMA
¿El comportamiento químico de un metal frente al oxígeno es igual que el de un no metal?

HIPÓTESIS
La reacción del oxígeno con un metal y un no metal se presenta de maneras muy diferente debido a las propiedades de cada uno.

OBJETIVO
°Establecer las diferencias entre los metales y los no metales con base en su comportamiento químico con el oxígeno.

PREPARACIÓN
MATERIALES
Cucharilla de combustión, dos vasos de precipitados de 50 mL., dos matraces Erlen Meyer de 250 mL. con crisol, cápsula de porcelana, soporte universal completo, mechero Bunsen, cinta de magnesio, un pequeño trozo de sodio o calcio, azufre en polvo, pizeta con agua destilada, indicador universal en frasco con gotero y lentes de seguridad.

MEDIDAS DE SEGURIDAD
Usa bata de laboratorio. Emplea las pinzas para el crisol para sujetar las cintas de magnesio y cuando la estés calentando no observes directamente la luz que produce. Cuando calientes azufre o carbón emplea cantidades no mayores al tamaño de un cerillo, captura inmediatamente los humos producidos y no inhales directamente. Los residuos sólidos envuélvelos en papel y deséchalos al bote de basura del laboratorio. Los residuos líquidos deséchalos por la tarja y vierte suficiente agua para que se eliminen. Solicita la ayuda de tu profesor en caso de alguna duda.

PROCEDIMIENTO
1. A un vaso de precipitados de 50 mL:, agrega 10 mL de agua destilada y tres gotas de indicador universal.
Sujeta un pedazo de cinta de magnesio de aproximadamente un cm de largo con unas pinzas para crisol y quémala en la flama azul del mechero; al terminar la combustión introduce en el vaso las cenizas de la cinta y registra tus observaciones.
NOTA: al calentar el magnesio no observes directamente la luz que se produce durante el calentamiento , ya que puede afectar a los ojos.
2. Repite los pasos anteriores pero ahora con un pequeño trozo de sodio o calcio y anota tus observaciones.
NOTA: Realizar el calentamiento del sodio en una cápsula de porcelana.
3. Coloca en la cucharilla de combustión una muestra no mayor al tamaño de la cabeza de un cerillo de azufre en polvo. Calienta la cucharilla en la flama azul en el mechero y cuando se produzca un gas captúralo rápidamente en el matraz, agrega 10 ml de agua y tres gotas de indicador universal. Agita.
NOTA: No inhales directamente los humos producidos.
4. Realiza la misma operación que con el azufre, pero ahora con carbón en polvo observando las mismas precauciones. No olvides anotar tus observaciones.

ANÁLISIS Y CONCLUSIÓN
Con base en el registro de tus observaciones responde lo siguiente:
1. ¿Qué propiedades tienen en común los óxidos de magnesio y de sodio o calcio?
R= Todos trabajan con un solo número de oxidación
2. ¿Qué propiedades tienen en común los óxidos de azufre y carbono?
R= Trabajan con más de un número de oxidación
3. Se sabe que el magnesio y el calcio son elementos metálicos y que el azufre y el carbono son elementos no metálicos: ¿existe alguna diferencia entre los óxidos de metales y los óxidos de los no metales?
R= Si, los oxidos metalicos al reaccionarlos con agua producen bases y los oxidos no metalicos al reaccionarlos con agua, producen acidos.
4. ¿Se puede afirmar que los metales tiene el mismo comportamiento químico frente al oxígeno?
R= Si, ya que cualquier metal, al reaccionarlo con oxigeno produce una oxidación.
5. ¿Se puede afirmar que los no metales tienen el mismo comportamiento químico frente al oxígeno?
R= Si, ya que cualquier no metal, al reaccionarlo con oxigeno produce una oxidación.
6. ¿Se puede afirmar que los metales y los no metales tienen diferente comportamiento químico frente al oxígeno?
R= No, porque ambos, al reaccionarlos con oxigeno producen la oxidación.
7. Escribe la representación en ecuación a c/u:
a) oxidación de magnesio: 2Mg(s)    +   O2(g)                  2MgO(s)
                                                          MgO(s)   +   H2O(l)      indicador universal       Mg(OH)2 (ac)
                                                          MgO(s)  +  H2O     fenolftaleína         Mg (OH)2 (ac)

b) oxidación de calcio:
c) oxidación de azufre:              S(s)  +  O2(g)               SO2 (g)

	SO2(g)  +  H2O(l)        indicador universal     H2SO3 (ac)

d) oxidación de zinc:
8. ¿Las reacciones de oxidación efectuadas son endotérmicas o exotérmmicas?
9. ¿Las reacciones de oxidación de un metal o de un no metal son de combinación o descomposición?

APLICACIÓN Y EVALUACIÓN
1. Se tiene el elemento X, el cual se calienta y reacciona con oxígeno del aire produciendo un sólido que al combinarlo con agua y unas gotas de indicador universal produce una coloración azul o morada ¿qué tipo de elemento es X?
2. Escribe la ecuación de obtención del óxido del elemento X
3. El elemento Y al ser calentado y reaccionando con el oxígeno al combinarlo con agua e indicador la torna rosa o roja ¿Qué tipo de elemento es?
4. Escribe la ecuación de obtención del óxido del elemento Y

Elemento	Tipo de óxido obtenido	Compuesto que se forma al reaccionar con agua	Coloración de disolución acuosa
Magnesio	Solido	Mg (OH)2 (ac)	Azul
Ázufre	Líquido	H2SO3 (ac)	Rojo
Carbón	Solido	H2CO3 (ac)	Anaranjado
Magnesio	Solido	Mg(OH)2 (ac)	Rosa

                        

                                            

   REFERENCIA: QUÍMICA 1 (AGUA Y OXÍGENO)

                            Antonio Rico Galicia

                            Rosa Elba Pérez Orta