Combustion Y Ensayo A La Llama

COMBUSTION Y ENSAYOS A LA LLAMA

I. OBJETIVOS:

- Identificar los tipos de Combustión.

- Identificar los espectros en la región visible de algunos elementos.

II. PRINCIPIOS TEORICOS:

Combustión y tipos:

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. El gas se mezcla con el aire y el conjunto arde en la parte superior del mechero, efectuándose de ésta forma la Combustión.

Se tiene dos clases de llamas:

a) Llama no luminosa:

La reacción que sucede es la siguiente:

C3H8 + 5O2 ® 3 CO2 + 4 H2O + calor (combustión completa)

En este tipo de llama se observan tres zonas:

• Zona Fría (1)

• Cono Interno (2)

• Cono Externo (3)

b) Llama Luminosa:

La reacción que sucede es la siguiente:

C3H8 + 3O2 ® C + 2CO + 4 H2O + calor (combustión incompleta)

El Mechero de Bunsen:

El mechero comúnmente empleado es el mechero Bunsen, el cual recibe su nombre del químico alemán del siglo XIX Robert Wilhem Bunsen (1811 - 1899).

Es un instrumento utilizado en laboratorios científicos para calentar o esterilizar muestras o reactivos químicos. El quemador tiene una base pesada en la que se introduce el suministro de gas. De allí parte un tubo vertical por el que el gas fluye atravesando un pequeño agujero en el fondo de tubo. Algunas perforaciones en los laterales del tubo permiten la entrada de aire en el flujo de gas proporcionando una mezcla inflamable a la salida de los gases en la parte superior del tubo donde se produce la combustión.

La cantidad de gas y por lo tanto de calor de la llama puede controlarse ajustando el tamaño del agujero en la base del tubo. Si se permite el paso de más aire para su mezcla con el gas la llama arde a mayor temperatura (apareciendo con un color azul). Si los agujeros laterales están cerrados el gas solo se mezcla con el oxígeno atmosférico en el punto superior de la combustión ardiendo con menor eficacia y produciendo una llama de temperatura más fría y color rojizo o amarillento. Cuando el quemador se ajusta para producir llamas de alta temperatura éstas, de color azulado, pueden llegar a ser invisibles contra un fondo uniforme.

Temperaturas en las diferentes zonas de la Llama

La temperatura que va a alcanzar la llama dependerá de:

 Composición y porcentaje del comburente

 Velocidad global de la combustión. Ésta depende de

 Reactividad del combustible

 Forma y eficacia del sistema de combustión

 Temperatura inicial de los reactivos

Se deberán tener en cuenta también los calores sensibles de los reactivos. Al llegar y sobrepasar los 2000ºC, los gases de combustión se pueden descomponer, dando lugar por ello a otros compuestos que pueden afectar a la combustión y a la llama.

Existen otros mecheros de uso en el laboratorio, por ejemplo, el Tirrill, donde tanto el aporte de gas como el de aire pueden ajustarse con el fin de obtener una combustión óptima y una temperatura de la llama de más de 900 ºC.

El mechero Meker, tiene el tubo quemador mas ancho y tiene una malla montada en su parte superior. Esto produce un cierto número de pequeñas llamas Bunsen, las zonas exteriores de las cuales se funden para dar una llama maciza, exenta de la zona central mas fría. Con este mechero se obtienen temperaturas superiores a los 1000 ºC.

En el Laboratorio, para determinar las temperaturas de las diferentes zonas de la llama se utiliza el alambre de nicrom que adquiere diversos colores a distintas temperaturas como se indica a continuación:

T°C 500 700 1100 1500

Color Rojo oscuro Rojo Anaranjado Blanco

ENSAYO A LA LLAMA

Hay un gran número de sustancias químicas en el mundo, y para poder identificar cada una de ellas existen diversos métodos. Algunos de estos métodos consisten en disolver la sustancia, transformándola en iones, y hacerla reaccionar frente a diversos experimentos. En nuestro caso podremos identificar sustancias en estado sólido mediante un método que consiste en combustionar la sustancia y dependiendo del color de la luz que

emitirá reconocerla. Esta luz será de un color definido por una longitud de onda característica de la sustancia, y mediante ella sabremos con que sustancia estamos tratando.

Puede hacerse transformándolas en iones, que a su vez pueden identificarse con reacciones características. Si las sustancias que se quiere analizar están en estado sólido, deben disolverse previamente. Antes de disolver, pueden realizarse algunos ensayos que permiten obtener información relevante sobre la naturaleza de las sustancias, que a veces bastan para su identificación. Uno de éstos ensayos es la coloración a la llama.

ELEMENTO COLOR DE LA LLAMA ELEMENTO COLOR DE LA LLAMA

Li

Na

K

Rb

Cs

Rojo carmín

Amarillo

Lila

Rojo azulado

Azul

Ca

Sr

Ba

Cu

Rojo naranja

Escarlata

Verde limón

Verde esmeralda.

ESPECTRO DE EMISION:

Los átomos y los iones están constituidos en su interior, por una parte central muy densa, cargada positivamente, denominada núcleo y por partículas negativas llamadas electrones, los cuales rodean al núcleo a distancias relativamente grandes. De acuerdo a la teoría cuántica, estos electrones ocupan un cierto número de niveles de energía discreta. Resulta evidente, por lo tanto, creer que la transición de un electrón de un nivel a otro debe venir acompañada por la emisión o absorción de una cantidad de energía discreta, cuya magnitud dependerá de la energía de cada uno de los niveles entre los cuales ocurre la transición y, consecuentemente, de la carga nuclear y del número de electrones involucrados. Si en un átomo poli electrónico, un electrón salta de un nivel de energía E1 a un nivel de energía E2, la energía de la transición electrónica, E, es igual a E2 – E1. Si E2 representa un nivel de energía inferior a E1, entonces, la transición viene acompañada por la emisión de una cantidad E de energía (en forma de luz), la cual está relacionada con la longitud de onda de luz emitida por la ecuación:

E = (hc)/

Donde:

h = Constante de Planck = 6,6256x10-34 J.s

c = velocidad de la luz en el vacío = 2,9979 x 108 m/s

 = Longitud de onda de la luz emitida

Además: E = h

Donde:

 = frecuencia

En otras palabras, la energía de una transición electrónica es inversamente proporcional a la longitud de onda de la luz emitida o absorbida y directamente proporcional a la frecuencia de radiación.

Un espectro atómico está compuesto por una o más longitudes de onda. Debido a que los elementos tienen diferente carga nuclear, diferente tamaño y diferente número de electrones, es razonable concluir que cada elemento está caracterizado por un espectro atómico, el cual es diferente al de cualquier otro elemento.

El espectro a la llama de los compuestos de los metales alcalinos es un espectro atómico de emisión y se representan como líneas espectrales discretas. Las longitudes de onda para los colores se dan en la siguiente tabla:

COLOR VIOLETA AZUL VERDE AMARILLO NARANJA ROJO

l ( nm) 395 455 490 515 590 650

455 490 515 590 650 750

III. PARTE EXPERIMENTAL:

a) Materiales:

- Mango de col

- Alambre de nicrom

- Frasco pequeño de vidrio

- piceta

b) Reactivos:

- Agua destilada

- Acido clorhídrico diluido

- Muestras problemas

c) Procedimiento:

1. Combustión

• Encienda el mechero de Bunsen cuidadosamente, colocando primero el cerillo encendido sobre la parte superior del cañón y luego abra gradualmente la llave de control de ingreso de gas. Es preferible que esta operación se realice con el anillo de ingreso de aire cerrado.

• Con el anillo de ingreso de aire cerrado, observe el tipo de llama. ¿Qué productos tiene ésta combustión?

• Luego abra completamente el anillo de ingreso de aire y anote las características de la llama. ¿Qué nombre tiene este tipo de llama?

• Las temperaturas de la llama (no luminosa) se puede determinar introduciendo y recorriendo un alambre de nicrom en las diferentes zonas (desde

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