Periodicidad química (Reporte)

Universidad de Guanajuato

División de Ciencias Naturales y Exactas

Biología Experimental

Agosto-Diciembre 2016  

 PERIODICIDAD QUÍMICA

, Balandrán Gutiérrez Uriel Eduardo, Espinosa Lira José Iván, Muñoz Carranza Sergio Rodrigo,  Gámez Ramírez Roberto y Miranda Gálvez Gabriel Vidblain

Objetivo general

Conocer las propiedades físicas y químicas que poseen los elementos del periodo tres en sus condiciones naturales y al exponerlos a condiciones oxidantes, así mismo, en presencia de alcohol etílico y ácido clorhídrico para relacionar sus caracteríticas tras cada reacción con la variación de su posición en la tabla periodica. 

Objetivos particulares

• Conocer las propiedades físicas y químicas del sodio (Na), magnesio (Mg), aluminio (Al), silicio (Si) y azufre (S).
• Determinar la reactividad de cada elemento anterior en alcohol etílico.
• Comparar la velocidad de reacción entre el aluminio y magnesio en presencia de HCl 6 M.

Material y reactivos

• Sodio (Na)
• Silicio(Si)
• Aluminio (Al)
• Magnesio (Mg)
• Azufre (S)
• 2 mL de HCl 6 M
• 2 mL de NaOH 6 M
• Exacto o cúter
• Siete tubos de ensaye
• Vidrio de reloj
•  Pipetas de 1 mL
• Guantes de látex

Método

Parte I. Variación periodica de algunas de las propiedades físicas de los elemntos del tercer periodo. 

Sobre un vidrio de reloj se colocaron de manera separada cada uno de los elementos: sodio, magnesio, aluminio, silicio y azufre. Los que presentan características de estado sólido se cortaron cuidadosamente con un exacto y se observaron los cambios ocurridos antes y después.

Parte II. Reactividad de los elemntos del tercer periodo.

 1. También de manera separada, se colocaron en tubos de ensaye a los cuales se les adicionó 1 ml de etanol (alcohol etílico) y se observaron los cambios ocurridos tras cada reacción.

 2.  En dos tubos de ensaye se colocaron respectivamente trozos de magnesio y aluminio; a cada uno posterioremente se le añadió 1 mL de HCl 6 M .  Tras comparar las velocidades de reacción se neutralizaron  los productos con 1 ml de NaOH 6 M y se desecharon por el drenaje. 

Resultados

Parte I.

Se observó que el sodio tenía un color gris pálido al estar oxidado, al ser cortado puede apreciarse un color blanco perla, que dura unos pocos segundos. También se observó que es duro al contacto y para nosotros fue un poco difícil de cortar. 

Al comparar el aluminio con el magnesio, se observó que tenían una coloración similar, gris y brillante, siendo más oscuro el magnesio. El aluminio prestó más facilidad al ser cortado, aunque ambos eran elementos duros al tacto.

Podemos describir al silicio como un elemento duro, de color gris y no muy llamativo, es decir, no presenta brillantez en comparación con los elementos antes descritos.

Finalmente, el azufre era un polvo de color amarillo que por el tamaño de sus partículas, no  se observó cambio alguno al manipularlo con la parte filosa del exacto. 

Parte II.

Al combinar el sodio con el etanol, se observó una reacción lenta que duró aproximadamente 20 minutos y se observaron dos cambios de coloración; primero se tornó ligeramente rosa y después despareció quedando traslúcido el líquido. Durante toda la reacción se generó gas. 

Por otra parte, los demás elementos no mostraron reacción alguna al añadirles etanol. 

2 C₂H₅OH (l) + 2 Na(s) → 2 C₂H₅ONa + H₂(g)↑

Fig. 1; de izquierda a derecha: tubo 1, reacción sodio con etanol en el que se observa la coloración rosa; tubo 2, reacción de azufre con etano; tubo 3, reacción de aluminio con etanol; tubo 4, reacción de silicio con etanol y tubo 5, reacción de magnesio con etanol. En los tubos 2, 3, 4 y 5 no se aprecia cambio alguno.

Tabla I. Comparación en la reacción de aluminio y magnesio con HCl, respectivamente.

Comparación de las reacciones	Mg + HCl	Al + HCl
Velocidad relativa de la reacción	Instantánea, menos de medio segundo.	Rápida, pero menor que la de Mg + HCl.
Tipo de reacción.	Altamente exotérmica	Altamente exotérmica
Cambio de volumen.	Gran aumento de volumen	Gran aumento de volumen
Espuma resultado de la reacción	Blanca (Fig, 8)	Negra (Fig. 9)

Fig. 2;  a la izquierda, (a) la reacción entre el magnesio y el ácido clorhídrico y a la derecha, (b) la reacción entre el aluminio y el ácido clorhídrico. 

 a)  2HCl  +Mg=  H₂(g)↑+ MgCl₂

 b) 6HCl  +Al =  3H₂(g)↑+ 2AlCl₃

Discusión

•   Variación periódica de los elementos del periodo tres:

De acuerdo a las propiedades periódicas, el sodio, resulta ser un elemento con un radio atómico grande, lo que facilita a su vez la perdida de electrones mientras que el oxígeno  es un elemento de radio pequeño y por consiguiente es más probable que gane electrones, de esta manera, al cortarlo y exponerlo al ambiente, el oxígeno  se comporta como un agente oxidante ganado electrones del sodio, que en dicha reacción es el agente reductor, así, visualmente se logra ver esta oxidación en un tono oscuro tras su exposición.

El magnesio y el aluminio, junto a los demás elementos del periodo tres, poseen características distintas debido a que pertenecen a grupos diferentes, así, el magnesio  es un metal alcalino-terreo y el aluminio , perteneciente al grupo del Boro, es considerado un metal, por lo que  al observarlos, el aluminio presenta un brillo metálico, aunque resulta ser más frágil, puesto que es posible cortarlo, mientras que el magnesio se asemeja a los metales alcalinos, quienes no poseen un brillo llamativo.

Por otra parte, el silicio se ubica en el grupo del carbono y es considerado un metaloide, por lo que su brillo difiere de los dos elementos anteriores, pese a ello se ha estimado que su dureza es muy semejante a la de un diamante, así, resulta ser muy difícil de cortar con un exacto.

Finalmente el azufre, perteneciente al grupo de oxígeno, en condiciones normales es una roca amarillenta y aunque  fue trabajada como polvo, ambas presentaciones resultan ser frágiles, ya que es un elemento no metálico y por consiguiente no le confiere dureza. 

Así, la posición le confiere características peculiares a cada elemento, por lo que difieren entre sí, en dicho caso clasificándolos en tres grandes grupos: siendo metales, metaloides o no metales debido a los valores de electronegatividad que se les asigna según su ubicación (Cruz, Osuna y Ortiz, 2008).

•  Reactividad de los elementos del periodo tres:

La reactividad de cualquier elemento puede depender también de su ubicación dentro de la tabla periódica, puesto que una reacción se basa en la ganancia (afinidad) o pérdida de electrones (ionización), de esta manera aunque todos los elementos poseen el mismo número de niveles de energía, ya que están clasificados en el  mismo periodo, cada uno tiene una probabilidad mayor de ganar electrones conforme aumenta su número atómico, siempre y cuando, el segundo reactivo se comporte como un agente oxidante (Cruz, Osuna y Ortiz, 2008).

Pese a que sometieron en un medio con etanol, un solvente polar, muchos de ellos no presentaron reacciones, o por lo menos, reacciones visibles, ya que en la composición de un alcohol destaca el carbono, el oxígeno y el hidrogeno, estos dos últimos formando grupos hidroxilo (-OH), así, el oxígeno puede efectuar una  posible oxidación en los metales y metaloides, la cual no resulto ser visible, ya sea por su bajo porcentaje en la mezcla o bien por que los sustratos son elementos con alta energía de ionización, lo que no les permite interaccionar tan fácil con el H (Zambrano y Chaparro, 2014). 

El sodio, al ser un elemento con mayor probabilidad a perder electrones, resulta ser muy reactivo con el etanol, ya que produce la misma reacción en agua, así, el Na se une a los grupos hidroxilos  para formar NaOH y liberar hidrogeno de forma visible en burbujas, que resulta ser poco violenta (Zambrano y Chaparro, 2014), el cambio de la coloración puede ser debido a la presencia de un indicador, ya que el NaOH al ser un base se tiñe de rosa con fenolftaleína (Ávila, 2015), reactivo del que desconocemos su procedencia. 

Finalmente, la velocidad de la reacción que tiene el aluminio y el magnesio, respectivamente, en una solución de ácido clorhídrico (HCL), de la misma manera varía de acuerdo a la afinidad electrónica de cada uno de los elementos, por lo que, podemos deducir que el magnesio, con baja afinidad electrónica  produce una reacción lenta, el color de la misma se debe al color del elemento. Por otra parte el reactivo con el aluminio genera una reacción rápida  debido a que el elemento tiene mayor facilidad para ganar electrones provenientes, quizás, del hidrogeno.

 

Conclusiones

Las propiedades físicas de los elementos, así como también sus distintas reacciones e interacciones entre sí, pueden variar de acuerdo a las condiciones del medio en el que estén expuestos. En concreto la oxidación y la reducción de los elementos, el método utilizado para cuantificar la velocidad de reacción, y la cantidad de energía desprendida en la misma, resultan primordiales para clasificar a los elementos de un modo apropiado para el estudio individual de ellos y de las moléculas subsecuentes. Sobre todo, para determinar las posibles reacciones en uno o diferentes experimentos.

Referencias:

Ávila Rehlaender Moisés. Periodicidad química. Universidad Autónoma de Nuevo León. (2015). Obtenido el 03 de Septiembre del 2016 del sitio: http://www.academia.edu/12088558/Reporte_de_pr%C3%A1ctica_-_PERIODICIDAD_QU%C3%8DMICA

Cruz Guardado Javier, Osuna Sánchez María E. y Ortiz Roble Jesús I. (2008). Estructura de la materia y tabla periódica En Química general: un nuevo enfoque en la enseñanza de la química. Once ríos; México. 147-155 pp. 

Zambrano Yorman y Chaparro Elizabeth. Alcholes. Universidad de Pamplona. (2014). Obtenido el 03 de Septimebre del 2016 del sitio: http://es.slideshare.net/yormanzambrano/mecanismo-de-reaccin-de-alcoholes