Cambios fisicos y quimicos

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Cambios fisicos y quimicos

  1. 1. 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 DanielaMta. 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
  2. 2. Universidad Veracruzana__________________________________________________________________ _______________________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 4 CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOSSUSTENTO TEÓRICOCAMBIOS FISICOS Y QUIMICOSEs toda variación física o química que presenta un material, respecto a un estadoinicial y un estado final. Así mediante el cambio se puede establecer laspropiedades 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, llamadooxido o herrumbre (estado final). Inmediatamente surge la pregunta ¿Qué haocurrido? Aparentemente ha habido un cambio; ¿Qué es lo que lo ha producido?Sencillamente el oxigeno del aire húmedo, ha oxidado el material el cual presentacaracterísticas diferentes a las del estado inicial, pues da perdido el color y el brillocaracterístico del metal. ¿Cómo podría catalogarse el cambio ocurrido al objeto encuestión?1. CAMBIOS FÍSICOSPueden definirse como aquellos cambios que sufre la materia en su forma, en suvolumen o en su estado, sin alterar su composición o naturaleza. Así, si se calientaun bloque de hielo a determinada temperatura, este se licua, es decir, pasa alestado sólido al liquido modificando su forma y volumen pero conservando sunaturaleza, pues antes del cambio se tenía agua solida y después del cambio setiene agua líquida; pero si se continua el calentamiento, finalmente se alcanzará latemperatura de ebullición y el agua pasa al estado de vapor conservándoseinalterable en todos los casos, la composición de ésta. 1
  3. 3. 2. CAMBIOS QUÍMICOS:Estos conllevan una variación en la composición de la naturaleza de la materia, esdecir a partir de una porción de material llamada reactivo, se obtiene un materialdistinto denominado Producto, por medio de una reacción de una reacción químicay en la cual pueden influir diversos factores tales como la luz, presión, u otrassustancias reactivas. La formación del oxido de hierro sobre la barra de metalconstituye un caso de cambio químico, puesto que el oxido de hierro (producto) noes el mismo que el hierro puro (reactivo). (2)OBJETIVOSPoder identificar y diferenciar un cambio físico y un cambio químico en lastransformaciones de la materia, mediante la observación al realizar nuestra prácticaen el laboratorio.DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICACon un previo conocimiento de los cambios físicos y químicos de la materia, nosdisponemos a realizar esta práctica en el laboratorio para constatar las diferenciasentre un cambio físico y un cambio químico; observando diferentes reacciones, yde acuerdo a los resultados obtenidos determinaremos que tipo de cambio sufrecada uno de nuestros reactivos. Es importante tener en cuenta la naturaleza de lassustancias a utilizar en nuestra práctica así como sus propiedades para poderobservar los cambios que sufren. 2
  4. 4. REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICACOMBUSTION DEL MAGNESIO1. 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 deporcelana.REACCION DE DESPLAZAMIENTO1. 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 dejóreposar durante 10 minutos2. Se retiró el clavo y se le examino: 3
  5. 5. a) La solución no cambio de color salvo que habían partículas del clavomezcladas junto con ella.b) hubieron cambios notables en el clavo.CALENTAMIENTO DE VIDRIOSe tomo una pequeña varilla de vidrio sujetándola del extremo con unas pinzas yse expuso a la llama del mechero. El cambio que ocurrió resulto ser físico debido aque no sufrió transformación a nivel molecular, es decir, que las moléculas no semodificaron como suele ocurrir en un cambio químico. 4
  6. 6. REACCION DEL Zn CON EL HClDentro de un tubo de ensayo se introdujo una granalla de cinc con ayuda de unaespátula. 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. 5
  7. 7. b) El tipo de cambio en este caso fue físico puesto que solo su estado deagregación sufrió cambios más no sus moléculas.RESULTADOS Y DISCUSIÓNCONCLUSIONLos elementos se combinan con otros y generar compuestos nuevos, modificandosus propiedades iníciales. La materia se encuentra bajo constantes cambios yasean químicos o físicos. Todos estos cambios son importantes, ya que el inicio deun cambio puede ser también el comienzo de un ciclo ya sea químico, obioquímico, esencial para la vida de muchos organismos incluyendo al ser humano.La distinción de estos cambios entre físicos y químicos requieren más que deobservación, y gracias al conocimiento adquirido con anterioridad y a la discusióngrupal logramos obtener los resultados certeros de cada uno de los procesosrealizados durante nuestra práctica.CUESTIONARIO1. Determine si cada uno de los siguientes procesos es ante todo un cambiofísico o químico, y explique brevemente:a) La escarcha que se forma al bajar la temperatura en una noche húmeda deinvierno.Es un proceso físico ya que al cambiar la temperatura del ambiente, el aguacambia su estado de agregación. 6
  8. 8. 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 delsuelo modifica su composición, tomando solamente lo que necesita y dejando losresiduos. c) La explosión de dinamita que forma una mezcla de gases.Cambio químico ya que esto es una reacción química ya que se mezclan loscompuestos 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 quetraspiramos 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 esevaporarse y no se modifica la molécula. f) Desprendimiento de vapores violetas que aparecen cuando se calienta yodoCambio 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 unacombustión. 7
  9. 9. h) La formación de una costra en una herida abierta.Cambio químico debido a la deposición de colágeno, la formación de tejido granulary la contracción de la herida2. Identifique propiedades físicas y químicas en los siguientes enunciados:a) El calentamiento del óxido de mercurio naranja produce mercurio líquidoplateado y oxígeno gaseoso incoloro.b) El hierro de la chatarra de los coches lentamente forma una frágil costra caférojiza. Oxidación y es una propiedad química3. ¿Cuál de los siguientes cambios puede revertirse con un cambio detemperatura (es decir, cuáles son cambios físicos)?a) El rocío condensándose en una hoja. Físico ya que el agua no sufrealteración alguna.b) Un huevo que se vuelve duro al hervirlo. No es físico debido a que el huevopaso por combustiónc) Un helado derritiéndose. Físico porque solo se altero su estado deagregación.d) Una porción de masa sobre una plancha caliente. No es físico ya que nopuede regresar a su forma original, debido a que sufrió alteraciones en sucomposición.4. ¿Cómo sabemos cuándo se ha producido una reacción química? Cuando lamateria sufre alteraciones en su composición.5. ¿Cómo se representan las reacciones químicas? Las reacciones químicautilizan como fundamento la tabla periódica de los elementos, donde se forman por 8
  10. 10. grupos que a su vez dependen de las valencias, es decir de el número de átomosde un elemento químico.BIBLIOGRAFÍA R. Chang. "Química". 1999. McGraw-Hill, México. 9
  11. 11. ANEXOS Descubren un nuevo estado de la materia denominado supersólidoPor Eduardo Martínez.Los átomos de helio se comportan como si fueran sólidos y fluidos a la vezCientíficos de la Universidad de Pennsylvania han descubierto una formasupersólida de helio-4 con todas las propiedades de un superfluido, lo que puedeimplicar el descubrimiento de un nuevo estado de la materia en el que los átomosse comportan como si fueran sólidos y fluidos a la vez. Si el experimento llegara aestablecerse como definitivo, se confirmaría que los tres estados de la materia(sólido, líquido y gaseoso) pueden acceder a un nuevo estado, de naturalezasuperior, previsto por la condensación de Bose-Einstein, según la cual todas laspartículas se condensan en determinadas condiciones en un mismo estadocuántico. El experimento plantea también nuevos interrogantes acerca de lasfronteras reales del universo cuántico.Dos físicos de la Penn State University de Pennsylvania, el profesor Moses Chan yel estudiante Eun-Seong Kim, han descubierto una nueva fase de la materia, unaforma supersólida del helio-4, que tiene todas las propiedades de un superfluido. Lanueva 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 unmaterial sólido con las características de un superfluido.Los investigadores explican que su material es un sólido porque todos los átomosdel helio-4 quedan congelados en una película cristalina rígida, tal como ocurre conlos átomos y las moléculas de un cuerpo sólido normal como es el hielo. Sinembargo, en el caso del helio esta congelación de los átomos no implica que esténinmóviles.Cuando el helio-4 llega a la temperatura adecuada (apenas un décimo de gradosobre el cero absoluto), la película que forma comienza a experimentar las leyes dela mecánica cuántica.En ese momento, los átomos de helio comienzan a comportarse como si fueran 10
  12. 12. sólidos y fluidos a la vez. Una parte de los átomos de helio comienza a moverse através de la película como una sustancia conocida como súperfluido, un líquido quese mueve sin ninguna fricción. Dado que es un sólido con propiedades desuperfluído, 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 atemperaturas extremas, la condensación Bose-Einstein lo convierte en unsuperfluido. Aunque la teoría predice que la superfluidez sólo puede existir en elhelio-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 seasuperfluido, sus átomos o moléculas deben ser enfriados o "condensados" hastaque alcanzan el mismo estado quántico.La superfluidez, especialmente la que existe en el helio-3, es análoga a lasuperconductividad convencional de baja temperatura, en la cual los electronesfluyen a través de ciertos metales y aleaciones sin resistencia.Leyes cuánticasLa materia está estructurada por átomos que obedecen las leyes de la mecánicacuántica. A temperaturas normales estas leyes concuerdan con las nocionesclásicas, y las partículas de un gas se comportan como un grupo de bolas de tenisencerradas en una caja, chocando continuamente unas con otras.Sin embargo, a medida que disminuye la temperatura comienza a manifestarse elcarácter cuántico de los átomos: a temperaturas suficientemente bajas, algunas delas partículas subatómicas (más particularmente los bosones) tienden aacumularse en el estado cuántico energéticamente más bajo, conformando la asíllamada condensación de Bose-Einstein.La condensación de Bose-Einstein es un fenómeno cuántico que se manifiesta aescalas macroscópicas. Describe un nuevo estado de la materia que ya fuepredicho por Albert Einstein en los años veinte del siglo pasado, al mismo tiempoque se desarrollaba la teoría de la mecánica cuántica. 11
  13. 13. Eric A. Cornell y Carl E. Weiman, de la Universidad de Colorado (USA), y WolfgangKetterle, del Massachusetts Institute of technology (USA), comprobaron laveracidad de la condensación Bose-Einistein y recibieron por ello el Premio Nobelde Física en 2001.Superátomo, supersólidoA medida que la temperatura desciende, comienza a emerger el carácterondulatorio de los átomos. Así, las diferentes ondas de materia pueden unirse unascon otras y coordinar su estado produciendo la condensación de Bose-Einstein.En ese sentido, se suele decir que la condensación Bose-Einstein produce unsuperátomo, ya que todo el sistema debidamente enfriado queda descrito por unaúnica función de onda, exactamente como ocurre con un solo átomo. También sepuede hablar de materia coherente como ocurre con la luz coherente en el caso deun láserEsto es precisamente lo que consiguieron los investigadores de Pennsylvania conel helio-4, ya que al ser solidificado a la temperatura adecuada (-273 gradosCelsius) todas sus partículas alcanzaron un mismo estado quántico, fluyendocontinuamente, por lo que denominan a este estado supersólido.Tal como se explica en el comunicado de la Universidad de Pennsylvania, losinvestigadores recurren al siguiente ejemplo para explicar el significado delexperimento: las personas que viajan en el metro están tan apretadas que apenaspueden moverse. Pero si alcanzaran la fluidez del helio-4 a una temperaturaadecuada, las personas del metro podrían moverse libremente por el vagón sintocar a los demás viajeros.Reforzada la condensación Bose-EinsteinEsto es lo que ha sucedido a nivel de los átomos del helio-4 y sólo puedeexplicarse porque las partículas subatómicas del helio se comportan como ondas adeterminadas temperaturas, ya que, como comprobaron los investigadores, unaligera 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 elviaje, perdieran la fluidez quedando inmovilizados en sus respectivos espacios 12
  14. 14. debido a un ligero cambio en la temperatura ambiente.Si el experimento de los investigadores de Pennsylvania, publicado en larevista Nature, llegara a repetirse y a establecerse como definitivo, se confirmaríaque los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) pueden acceder a unnuevo estado, de naturaleza superior, previsto por la condensación de Bose-Einstein, según la cual todas las partículas se condensan en un mismo estadocuántico.A lo largo del siglo pasado, se descubrieron otros fenómenos que puedeninterpretarse también como manifestación de la condensación de Bose-Einstein.Por otro lado, en los últimos años han sido diversos los esfuerzos por descubrirnuevos estados de la materia, particularmente en lo que se refiere a los quarks,partículas que en vez de unirse para formar otras más complejas, permanecenlibres en un aparente nuevo estado de la materia.Respecto a los bosones, asimismo, diferentes experimentos realizados durante losúltimos 15 años sugieren que estas partículas pueden existir como un metal, lo quecontradice el sentido común y obliga a hablar también de un nuevo estado de lamateria.También los láseresPor último, una de les líneas de investigación más candentes en la física actual esla utilización de haces de luz láser para manipular los átomos y conseguir nuevosestados de la materia, como los condensados de Bose-Einstein.Este uso del láser puede servir también para conseguir superposición deelectrones, los así llamados qubits (contracción de quantum y bits, bits cuánticos deinformación con más posibles valores que los clásicos 1 y 0). Estos qubitspresentan un gran interés para la computación cuántica y para otros muchosámbitos de la ciencia.La condensación de Bose-Einstein, después del experimento de Pennsylvania, serefuerza aún más como un nuevo campo de la Física en el que el control delcomportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica abre un inmensoabanico de aplicaciones, al mismo tiempo que plantea nuevos interrogantes sobrelas fronteras reales del Universo cuántico. 13
  15. 15. Las posibles aplicaciones van desde el desarrollo de interferometría atómicaultraprecisa y el empleo de láseres de átomos para diseñar nanoestructuras degran precisión, hasta la obtención de relojes atómicos mucho más fiables que losactuales.Fronteras cuánticasSin embargo, aparte de las posibles aplicaciones, el caso del helio confirma que elcomportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica es mássorprendente de lo que originalmente se había pensado.Recientemente publicamos en [Tendencias]article: que científicos austriacoshabían comprobado que las moléculas de tetrafenilporfirina tienencomportamientos ondulatorios similares a los de las partículas subatómicas, lo queplanteaba dudas sobre las fronteras reales del universo cuántico.Dado que la condensación Bose-Einstein ocurre también a nivel macroscópico, lassorprendentes propiedades del helio replantean la cuestión de hasta qué nivel derealidad rigen las leyes de la mecánica cuántica, que están en abierta contradiccióncon las leyes físicas conocidas. 14

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