Práctica 7: Juego de colores.

Fernanda Esalethsy Pichardo Mejía
n.l/ 31      3ºD         T.M          E.S.C 1
09/12/16

Objetivo: Identificación de elementos mediante el color de la flama.

Investigación: ¿Qué es el espectro de emisión atómica? Investiga la composición de los fuegos pirotécnicos.

Espectrometría de la emisión.

La espectrometría de emisión es una técnica espectroscópica que analiza las longitudes de onda de los fotones emitidos por los átomos o moléculas durante su transición desde un estado excitado a un estado de inferior energía. Cada elemento emite un conjunto característico de longitudes de onda discretas en función de su estructura electrónica. Mediante la observación de estas longitudes de onda puede determinarse la composición elemental de la muestra. La espectrometría de emisión se desarrolló a finales del siglo 19, y los esfuerzos teóricos para explicar los espectros de emisión atómica condujeron a la mecánica cuántica.

Hay muchas maneras en que los átomos pueden ser llevados a un estado excitado. El método más simple es calentar la muestra a una temperatura alta, produciéndose las excitaciones debido a las colisiones entre átomos de la muestra. Este método se utiliza en la espectrometría de emisión de llama, y fue también el método utilizado por Anders Jonas Ångström cuando descubrió el fenómeno de las líneas de emisión discretas en 1850. 

A pesar de que las líneas de emisión están causadas por una transición entre estados energéticos cuantizados, y pueden ser muy agudas a primera vista, se componen de más de una longitud de onda de luz. Esta ampliación de la línea espectral tiene muchas causas diferentes. 

Hay cuatro etapas principales durante la espectrometría de emisión por llama: 

1. Evaporación: La muestra que contiene partículas metálicas se deshidrata por el calor de la llama, y el disolvente se evapora. 

2. Atomización: En esta etapa, los iones metálicos que se encontraban en el disolvente se reducen a átomos de metal. Por ejemplo, Mg2 + (aq) + 2e → Mg (g). Los electrones en los átomos de metal absorben la energía del calor de la llama y pasan a niveles más altos de energía. 

3. Excitación: Los electrones en estado basal de los átomos de metal son ahora capaces de absorber la energía del calor de la llama. El cuanto (cantidad) de energía absorbido depende de las fuerzas electrostáticas de atracción entre los electrones con carga negativa y el núcleo de carga positiva. Esto, a su vez, depende del número de protones en el núcleo. Como los electrones absorben energía, se desplazan a niveles más altos de la energía y pasan a estado excitado. 

4. Emisión de radiación: Los electrones en estado excitado son muy inestables y se mueven hacia un estado basal con bastante rapidez. Cuando lo hacen, emiten la energía que absorbieron. Para algunos metales, esta radiación corresponde a longitudes de onda de luz en la región visible del espectro electromagnético, y se observan como un color característico del metal. Como los electrones de diferentes niveles de energía son capaces de absorber luz, el color de la llama será una mezcla de todas las diferentes longitudes de onda emitidas por los distintos electrones en el átomo de metal que se investiga.

Fuegos pirotécnicos. 

Los fuegos artificiales son química pura. No solo por las reacciones que posibilitan la explosión, sino también por los fundamentos que permiten obtener la gran gama de colores que garantizan la máxima espectacularidad. 

A continuación haremos mención a las características principales de estos componentes. 

 • Sustancias oxidantes: Son las encargadas de generar el oxígeno que reaccionará en la reacción de combustión. Existen fundamentalmente tres tipos distintos de oxidantes: los nitratos, cloratos y percloratos, que, respectivamente, se componen de los aniones NO3 − ClO3 − ClO4 más un catión metálico. Acorde a las reacciones de descomposición de los oxidantes más utilizados podemos observar una diferencia fundamental: 

2 KNO s → KNO s + O g (1) 

2 KClO3(S ) → 2KCl(s) + 3O2( g ) (2) 

KClO4(s) → KCl(s) + 2O2( g ) (3)

• Sustancias reductoras: Son las encargadas de actuar como combustibles para reaccionar con el oxígeno molecular liberado por los oxidantes, dando lugar a la producción de grandes cantidades de gases calientes. Entre las especies reductoras más comunes en pirotecnia podemos destacar al carbono (C) y al azufre (S). Sus reacciones de combustión dan lugar a la formación de y . CO2 SO2.

¿Cómo se consiguen los colores?

• El sodio es el responsable de los amarillos y los dorados.
• El bario produce los verdes
• El cobre (carbonato de cobre / monocloruro de cobre) da lugar al color azul
• Las sales de estroncio dan el color rojo
• El titanio es el responsable de los destellos blancos y plateados. 

Otros químicos usados habitualmente son:

• El carbono, que provee el combustible.
• Los oxidantes, que producen el oxígeno para la combustión.
• El magnesio, que incrementa el brillo y la luminosidad.
• El antimonio, que da un efecto glitter (es un efecto que marca los halos de los brillos).
• El calcio, que da más intensidad a los colores.

Fuentes:

http://www.espectrometria.com/espectrometra_de_emisin

http://www.cvatocha.com/documentos/quimica/fuegos.pdf

http://www.quo.es/ser-humano/la-quimica-de-los-fuegos-artificiales

Hipótesis:

1. Cuando leí lo que iba a investigar, pensé que en el laboratorio íbamos a conocer la fórmula de cómo se hacen los fuegos artificiales. 
2.  Mi equipo y to pensamos que con todas las sustancias se va a crear un color diferente al ponerlas en el fuego.

Material:

• Mechero de bunsen.
• Vidrio de reloj.
• Barra de grafito gruesa.
• Opcional: pinza universal.
• Lentes.

Sustancias:

• Agua.
• Cloruro de litio.
• Cloruro de sodio.
• Cloruro de cadmio.
• Cloruro de cobalto.
• Cloruro de estroncio.
• Sulfato cúprico.

Procedimiento:

1. Coloca una cantidad pequeña de agua en el vidrio de reloj.
2. Anota el color original de las sustancias y completa el cuadro.
3. Humedece la punta del grafito en el agua.  

   Sustancia.	Color original de la sustancia.	Coloración de la flama.
   Cloruro de litio.	Blanco.	Fucsia.
   Cloruro de sodio.	Blanco.	Naranja.
   Cloruro de cobalto.	Morado.	Amarillo.
   Cloruro de estroncio.	Blanco.	Rojo.
   Sulfato cúprico.	Azul.	Verde.
   Cinta de magnesio.	Negro.	Blanco brilloso.

4. Toma un poco de la primera sustancia con la punta del alambre o grafito. Acércala a la flama del mechero.
5. Observa detenidamente  el color que presenta la flama y anótalo en el cuadro.
6. Introduce el grafito en el agua y limpia la punta con una franela húmeda y vuelve a sumergirlo en el agua.
7. Repite la prueba de coloración a la flama con el resto de las sustancias.

Observaciones:
Primero, prendimos el mechero de bunsen con un encendedor.

Pusimos agua en un vaso desechable pequeño.

Humedecimos el grafito, y pusimos un poco de cloruro de litio, después, lo colocamos sobre el fuego, para después apreciar que el color de la flama cambia a un color fucsia.

Volvimos a humedecer la punta del grafito y le colocamos un poco de cloruro de sodio De nuevo, lo pusimos en el fuego, y observamos que la flama se volvió de un color naranja.

Repetimos el procedimiento, pero ahora colocamos Cloruro de cobalto, la flama se volvió de color amarillo.

De nuevo, hicimos el mismo proceso, pero ahora con Cloruro de estroncio. La flama tomó un color rojo.

Seguimos con el proceso con el sulfato cúprico. ésta sustancia hizo que la flama tomara una tonalidad verde. 

Por último, hicimos el mismo procedimiento con una cinta de magnesio. éste fue el resultado. 

Conclusión: Con ésta práctica descubrimos que a la hora de poner ciertas sustancias en la flama del fuego, ésta cambia de color, debido a las propiedades propias de las sustancias. Es así como se crean los diferentes colores de los fuegos artificiales.