Propiedades ácido – base de algunos elementos del segundo y tercer periodo

Las propiedades ácido-base que exhiben algunos de los elementos del segundo y tercer periodo son de interés primordial para el estudio de la química.

El segundo periodo de la tabla periódica está compuesto por los elementos litio, berilio, boro, carbono, nitrógeno, oxigeno, flúor y neón, que llenan los orbitales 2s y 2p y cumplen la regla del octeto. Estos elementos son de importancia a nivel biológico e industrial y cumplen roles vitales en los ciclos de la naturaleza.

Por su parte, el tercer periodo está compuesto por los elementos sodio, magnesio, aluminio, silicio, fosforo, azufre, cloro y argón. Estos elementos llenan los orbitales 3s y 3p, también cumpliendo la regla del octeto en su capa exterior.

El estudio de las propiedades de los elementos de estos periodos permite observar como las diversas tendencias periódicas se cumplen a lo largo del periodo y coinciden de manera vertical con los grupos, todo esto a la luz de la mecánica cuántica al tener configuraciones electrónicas iguales en distintos niveles de energía.

En esta experiencia, a través de ciertas reacciones de algunos de los elementos de los periodos segundo y tercero, se introducirá y afianzara los conceptos sobre periodos y grupos en la tabla periódica de los elementos.

Propiedades ácido-base

Desde el punto de vista de la química cuántica, tanto el nivel de energía como los orbitales en que se encuentran los electrones mas externos del átomo, determinan las propiedades que exhibe un elemento y su capacidad de reaccionar con otros átomos iguales o diferentes.

En los inicios del desarrollo de la tabla periódica, era evidente que algunos elementos compartían propiedades químicas y físicas y que existía un trasfondo que permitía explicar este comportamiento. La explicación llegó de la mano de la química cuántica y los modelos atómicos.

El modelo atómico actual enseña que los electrones ocupan niveles de energía determinados y en cada nivel existen orbitales que son llenado por los electrones. El comportamiento de los electrones en estos orbitales son los que permite la interacción de los átomos, generándose enlaces a través de reacciones químicas.

El primer periodo comprende el llenado del primer nivel de energía y de su orbital s, y está conformado por los elementos hidrogeno y helio. Mientras el hidrogeno es altamente reactivo, el helio, al tener el orbital lleno, tiene una baja afinidad por reaccionar con otros elementos.

Los periodos dos y tres llenan los niveles de energía 2 y 3 respectivamente, estos niveles de energía tienen orbitales s y p que son llenados por los electrones de la última capa de cada átomo y cumplen con la regla del octeto y el principio de Madelung. Este comportamiento es el determinante para que los elementos muestren comportamientos similares de manera vertical.

Un ejemplo de esto es el comportamiento del sodio y el comportamiento del litio, ambos metales alcalinos altamente reactivos. Estos elementos llenan el orbital s con un único electron en los niveles 2 y 3 de energía respectivamente, lo cual permite que estos elementos reaccionen con casi todos los demás elementos de la tabla periódica. Igual semejanza en propiedades se pueden observar en otras parejas como por ejemplo flúor – cloro.

Materiales

  • 10 tubos de ensayo
  • Gradilla
  • Mechero Bunsen
  • 10 pipetas graduadas de 1 mL
  • Pipetas Pasteur
  • Pinza para tubo de ensayo
  • Papel indicador de pH
  • Balanza analítica
  • Varilla de agitación de vidrio

Reactivos

  • Sodio metálico
  • Yoduro de potasio 0.2 N
  • Solución de yodo – yoduro
  • Peróxido de sodio
  • Oxido de calcio
  • Hielo seco
  • Oxido bórico
  • Azufre
  • Solución de ácido clorhídrico 6 N
  • Bromuro de potasio 0.2 N
  • Tolueno
  • Solución de Cloruro de potasio 0.2 N

Procedimiento

Desarrollar las siguientes reacciones y anotar las observaciones realizadas para su posterior análisis. Algunas de las reacciones pueden ser realizadas de manera demostrativa por el instructor por seguridad.

Reacción 1

Colocar una pequeña cantidad de sodio metálico en un tubo de ensayo (la cantidad debe ser lo más pequeña posible, el sodio es altamente reactivo y una gran cantidad puede desencadenar una reacción violenta). Cuidadosamente, agregar 3-5 gotas de agua. Cuando la reacción se haya terminado, agregar otro tanto de agua y así sucesivamente, hasta que ya no haya indicios de que se está llevando a cabo la reacción.

Con la ayuda de la varilla de agitación limpia y seca, sacar una gota del liquido en el tubo de ensayo y humedecer un trozo de papel indicador de pH, registra el color y el pH indicado por la escala del indicador.

Reacción 2

En un tubo de ensayo colocar 10 mg de oxido de calcio y agregar 0.5 mL de agua destilada. Observar si se presenta alguna reacción. Con la ayuda de la varilla de agitación limpia y seca, sacar una gota del líquido en el tubo de ensayo y humedecer un trozo de papel indicador de pH, registra el color y el pH indicado por la escala del indicador.

Reacción 3

Colocar aproximadamente 10 mg de óxido de boro en un tubo de ensayo. Añadir 0.5 mL de agua. Observar si se presenta alguna reacción. Con la ayuda de la varilla de agitación limpia y seca, sacar una gota del líquido en el tubo de ensayo y humedecer un trozo de papel indicador de pH, registra el color y el pH indicado por la escala del indicador.

Reacción 4

Tomar un pequeño trozo de hielo seco con la ayuda de las pinzas para tubo de ensayo y colocarlo en un tubo de ensayo. Agregar 0.5 mL de agua y rápidamente tomar una pequeña gota de liquido con la ayuda de la varilla de agitación para medir el pH con la ayuda del papel indicador. Registrar el color y el pH indicado por la escala del indicador

Reacción 5

En un tubo de ensayo colocar 10 mg de azufre y un pequeño trozo de papel indicador de pH humedecido previamente en su boca de tal manera que quede adherido a la pared del tubo. Tapar la boca del tubo con Parafilm.

Calentar el fondo del tubo de ensayo manteniendo inclinado el mismo para fundir el azufre. El azufre reaccionara con el oxigeno presente en el aire y los vapores ascenderán hasta alcanzar el papel indicador. Observar el cambio en el papel indicador y anotar. Retirar el papel Parafilm en una campana de extracción de gases evitando inhalar los gases desprendidos

Reacción 6

Debido a la dificultad del manejo de los óxidos del cloro, para investigar sus propiedades se puede medir el pH de la solución de algún acido oxácido del cloro disponible en el laboratorio.

Después del experimento

Llenar la siguiente tabla con las observaciones realizadas durante el experimento de propiedades ácido –  base y escribir las reacciones correspondientes en cada caso.

Tabla propiedades acido base
Tabla propiedades ácido – base

Recomendaciones de seguridad

Realizar las reacciones con la debida precaución, las bocas de los tubos de ensayo deben apuntar hacia un lugar donde no represente peligro.

En todo momento se deben utilizar los elementos de seguridad básicos en el laboratorio de química (bata de laboratorio, guantes, gafas de seguridad y demás que sean exigidos por las normas internas, locales o nacionales. Los residuos generados por la práctica deben ser dispuestos de manera adecuada según las normas de laboratorio y las normas locales y nacionales respectivas.

Mayor información

Reactions of the group 2 elements with water

Clasificación

Nivel: Universitario

Tipo: Practica de enseñanza

Riesgo: medio