¿Qué onda con los átomos? María de la Luz Castellanos Cárdenas ENP 5 “José Vasconcelos Alma Delia Pineda García ENP 1 “Gabino Barreda” Temática: Prácticas de laboratorio Resumen La propuesta de práctica que a continuación presentamos es una adaptación de ¿Quién da el color?, tomada del libro “Sorprender no es suficiente” 1., que pretende mostrar a los alumnos una actividad sencilla y atractiva como es, el ensayo a la flama, en la cual solo utilizaremos las sales de 3 elementos químicos como el sodio, potasio y litio. En el curso de Química III, se estudia el espectro electromagnético así como la relación con la ecuación de Planck, temas que son de difícil comprensión para los alumnos. La finalidad de esta práctica es lograr la comprensión de conceptos tales como: espectros electromagnéticos y atómicos, longitud de onda, ensayo a la flama, color, modelo atómico de Bohr, espectros de absorción y emisión, y ecuación de Planck. Así mismo a partir de las longitudes de onda que presentan los diferentes colores observados pertenecientes a las sustancias expuestas, los alumnos comprueben la posición que ocupan dichos elementos en la tabla periódica. Introducción Esta propuesta de trabajo consideramos que es útil para poder abordar contenidos de difícil comprensión como es el espectro electromagnético que generalmente se explica teóricamente y si se realiza de manera experimental solo se llega a la observación de los colores a la flama. La intención es que los alumnos logren aplicar estos conocimientos y den una interpretación a los fenómenos observados y los relacionen con el resto de los elementos de la tabla periódica y los compuestos que los contienen y que dependiendo de sus longitudes de onda, frecuencia e intensidad de radiación, los puedan acomodar en el espectro electromagnético así mismo comprobar su ubicación en la tabla periódica. Espectro electromagnético Es un conjunto de radiaciones que emiten o absorben una sustancia o fuente de energía. Dichas radiaciones sirven para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación. La materia incandescente contiene átomos que han absorbido energía, provocando que sus electrones lleguen a niveles de alta energía, este estado no es estable, por lo que para liberar energía los electrones regresan a su nivel de menor energía emitiendo fotones, es decir luz con una determinada longitud de onda y frecuencia. En el espectro electromagnético en la región visible, cada color tiene su propia longitud de onda y frecuencia. Espectros atómicos Cada átomo es capaz de emitir o absorber radiación electromagnética, aunque solamente en algunas frecuencias que son características propias de cada uno de los diferentes elementos químicos. Mediante el suministro de energía calorífica, se estimula un determinado elemento en su fase gaseosa, sus átomos emiten radiación en ciertas frecuencias de lo visible, que constituyen su espectro de emisión. Si el mismo elemento, también en estado gaseoso, recibe radiación electromagnética, absorbe en ciertas frecuencias de lo visible, precisamente las mismas en las que emite cuando se estimula mediante calor. Este será su espectro de absorción. Espectros de emisión Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones emitidas por un cuerpo previamente excitado o promovido. En el espectro de emisión el elemento emite su propia luz dejando un espacio grande en negro dependiendo de cuál sea el elemento y su longitud de onda. Objetivo: Que el alumno a partir del ensayo a la flama obtenga los colores característicos correspondientes a los elementos de un compuesto y los relacione con la posición que ocupan en la tabla periódica, tomando como base la longitud de onda y su relación con la ecuación de Planck y el modelo del átomo de Bohr. Desarrollo A continuación se muestran los materiales y reactivos necesarios para el desarrollo del experimento, el cual se pretende mostrar a los profesores asistentes a esta ponencia. Una vez observada la experimentación, se lleva a cabo el análisis de los resultados, y se presenta lo que se espera que los alumnos concluyan. En el Anexo 1, se muestra la práctica completa que se presentará a los alumnos incluyendo su evaluación. Para el experimento Equipo Reactivos Tres vasos de precipitados de 150 mL NaCl Tres agitadores LiCl Tres vidrios de reloj Tres cajas petri KCl Tres espátulas CH3OH Una franela Un encendedor largo Una cartulina negra Cámara fotográfica o de celular Procedimiento 1. Etiqueta los vidrios de reloj como Na, Li y K. 2. Con la espátula toma una pequeña cantidad de cada sal y colócala en el vidrio de reloj correspondiente. 3. Observa las características físicas de las sales y analiza si se parecen o son diferentes. 4. Etiqueta los vasos de precipitados y cajas petri como Na, Li y K. 5. Coloca las cajas petri etiquetadas sobre una franela húmeda. 6. En cada vaso coloca una quinta parte de alcohol. 7. Disuelve cada una de las sales en el alcohol que está en los vasos. Agita lo suficiente para tratar de disolver la mayor cantidad de la sal, vierte estas disoluciones en las cajas petri correspondientes. 8. Si es posible apaga la luz y con mucho cuidado acerca el encendedor prendido a cada uno de las cajas petri. Al inicio las flamas se verán del mismo color (azul, que indica la producción de CO2, por combustión del alcohol). 9. Una vez que veas los diferentes colores de las flamas, coloca la cartulina negra detrás de los vasos y toma una fotografía de las flamas. 10. Imprime tus fotografías. Análisis de los resultados Se pretende que los alumnos, con base en la ecuación de Planck relacionen que la longitud de onda es inversamente proporcional a la energía, y que por ejemplo, el átomo de potasio, que pertenece al cuarto periodo tiene un color de flama que en el espectro visible es más energética, con respecto al sodio y al litio. En la figura 1 se muestra una imagen con los tres colores de las flamas. Figura 1. Flamas de Sodio, litio y potasio. Conclusiones: Por medio del ensayo a la flama, obtenemos coloraciones características que facilitan la identificación de los correspondientes elementos químicos puros o combinados. Las longitudes de onda que presentan los colores observados en el ensayo a la flama, nos da una idea de la cantidad de energía y la ubicación que ocupa un elemento en la tabla periódica. Referencias 1. Hernández, M.G (2010). Sorprender no es suficiente. México: Facultad de Química. UNAM. 2. Dragojlovic, V. (1999). “Flame test using improvised alcohol burners, Journal of Chemical Education, 76(7), págs. 929-930.