Articulo cientifico - informe final LAB 1 QUIM

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Universidad Autónoma de Occidente. Daniela Campo, Maylin Sánchez, Luis Felipe Nieva. Ensayos a la llama.
Practica de laboratorio No. 1:
ENSAYOS A LA LLAMA
(ABSORCIÓN Y EMISIÓN DE ENERGÍA RADIANTE)
Daniela Campo. Maylin Sánchez. Luis Felipe Nieva.1 
1Facultad de Ingeniería, Ingeniería Biomédica, Universidad Autónoma de Occidente. Profesor Néstor Fabio Holguín Osorio. Grupo 2. Fecha de entrega: Septiembre 9 de 2018
Resumen: Durante la práctica denominada ensayo a la llama se sometieron muestras de distintos compuestos al calor de la llama, con el objetivo de identificar el color característico de los elementos metálicos (cationes) presentes y analizar las longitudes de onda correspondiente a dichos colores, además de relacionar la longitud de onda y la frecuencia en las distintas zonas del espectro electromagnético. Para ello fue necesario utilizar herramientas como el mechero y el alambre de nicrom, los cuales debían ser limpiados correctamente para minimizar los posibles errores en los resultados; posterior a esto se colocaba el alambre el la parte más caliente de la llama y se registraba el color observado en una tabla que los relacionaba con un compuesto y una longitud de onda específica. Al comparar los resultados obtenidos experimentalmente con la teoría propuesta en diversas fuentes bibliográficas fue posible observar que las diferencias eran mínimas, sin embargo algunos compuestos difieren de los resultados teóricos debido a ciertas causas de error, entre las que se destaca la limpieza indebida de los implementos. Además se logró dar cumplimiento a los objetivos propuestos y comprobar que cada elemento genera una radiación específica al regresar de un estado excitado a su estado basal, la cual corresponde a un espectro electromagnético único. En adición a esto se logró comprender e interiorizar los conceptos teóricos vistos en clase por medio de la aplicación práctica de los mismos.
Palabras clave: Átomo; color; energía; espectro electromagnético; estado excitado; frecuencia; longitud de onda; llama; radiación.
Abstract: During the practice called flame testing, samples of different compounds were subjected to the heat of the flame, with the aim of identifying the characteristic color of the metallic elements (cations) present and analyzing the wavelengths corresponding to said colors, in addition to relating the wavelength and the frequency in the different zones of the electromagnetic spectrum. For this it was necessary to use tools such as the lighter and the nichrome wire, which had to be cleaned correctly to minimize possible errors in the results; After this, the wire was placed on the hottest part of the flame and the observed color was registered in a table that related them to a compound and a specific wavelength. When comparing the results obtained experimentally with the theory proposed in various bibliographical sources it was possible to observe that the differences were minimal, however some compounds differ from the theoretical results due to certain causes of error, among which the undue cleaning of the implements stands out. . In addition, it was possible to comply with the proposed objectives and verify that each element generates a specific radiation when returning from an excited state to its basal state, which corresponds to a single electromagnetic spectrum. In addition to this, it was possible to understand and internalize the theoretical concepts seen in class through the practical application of them.
Keywords: Atom; color; energy; electromagnetic spectrum; been excited; fire; frequency; wavelength; radiation.
INTRODUCCIÓN
En la naturaleza, los átomos se encuentran en su estado más estable, pero en ciertos casos los electrones pasan a un nivel de energía superior, por lo que deben absorber la energía suficiente, en este caso la producida por la llama, una vez estos electrones regresan a su estado basal liberan la energía absorbida en forma de ondas electromagnéticas con una longitud de onda y una frecuencia específica, como es posible observar en la figura 1. Este experimento tiene como nombre “Ensayo a la llama”, el cual permite identificar con mayor facilidad los elemento presentes en los compuestos, ya que liberan energía en ondas electromagnéticas características de cada uno, con diversas longitudes de onda y colores específicos. 
 
Figura 1. Estado fundamental – Estado excitado. Una demostración breve de cómo el átomo al calentarse pasa de su estado natural a un estado excitado, para posteriormente regresar a su estado basal liberando energía. 
Fuente: https://dqino.ua.es/es/laboratorio-virtual/ensayos-a-la-llama.html [Consultado en Septiembre 5 de 2018]. 
Ese estado natural o fundamental es cómo se encuentra el átomo o la molécula normalmente, considerada también como la energía de punto cero, o vacío cuántico según la teoría cuántica de campos. Por otro lado, el estado excitado es cuando dichos átomos han absorbido energía y se encuentran en una situación energética superior momentánea, la cual dura poco, ya que estos tienden a desprender esa energía y regresar a su estado fundamental.
La radiación electromagnética emitida por cada átomo es única, cada uno lo realiza de manera distinta y esto hace que el color de la llama varíe, lo cual permite identificar los elementos de manera más sencilla. Esta radiación electromagnética es producida en una gran variedad de longitudes de onda, las cuales contribuyen a la energía total de cada paquete o fotón. La luz visible (aquella que puede ser detectada por el ojo humano) se encuentra en el rango de los 400 a los 700 nm; la radiación emitida dependerá de la diferencia entre el estado excitados y el fundamental de acuerdo con la ley de Planck:
 
 
 
Ecuación 1: Ley de Planck
En otras palabras, la energía en una transición electrónica es inversamente proporcional a la longitud de onda de la luz emitida o absorbida y directamente proporcional a la frecuencia de radiación. 
La radiación electromagnética resulta de la combinación de campos eléctricos y magnéticos, esta se propaga por el espacio en forma de ondas, las cuales portan energía; partiendo de esto, un espectro electromagnético es la distribución o clasificación de dichas ondas de acuerdo a su longitud. Debido a que los elementos tienen diferente carga nuclear, diferente tamaño y diferente número de electrones, el comportamiento de las radiaciones electromagnéticas dependerá de su longitud de onda y de la cantidad de energía que lleve.
Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado, esta práctica se realiza con el objetivo de identificar el color característico de algunos elementos y analizar las longitudes de onda correspondiente a dichos colores, además de relacionar la longitud de onda y la frecuencia en las distintas zonas del espectro electromagnético. 
METODOLOGÍA
En el siguiente diagrama es posible observar la metodología aplicada al momento de la realización del experimento, teniendo en cuenta que esta se encuentra dividida en 2 partes: El procedimiento principal y un subproceso de limpieza, el cual era necesario aplicar cada vez que se deseara cambiar de compuesto. 
dddddddddddddddddddddddddddddddddddddFigura 2. Diagrama de flujo. Metodología empleada durante la práctica de laboratorio.
Fuente: Producción propia, draw.io.
RESULTADOS DISCUSIÓN
En la tabla 1 se presentan los resultados obtenidos experimentalmente durante la práctica, la cual relaciona los colores observados junto con su respectiva longitud de onda, además de los cationes existentes en cada compuesto. Por otro lado, en la tabla 2 se describen los resultados teóricos consultados, esto con el fin de compararlos con los resultados experimentales.
Tabla 1. Resultados obtenidos experimentalmente.
Fuente: Producción propia.
Tabla 2. Resultados teóricos consultados.
Fuente: Producción propia.
La información presentada anteriormente muestra que hay gran
similitud entre los resultados obtenidos experimentalmente y los resultados consultados. Sin embargo, partiendo de la consideración que los datos presentados en las diferentes fuentes bibliográficas son verídicos, algunos de los compuestos como por ejemplo el sodio, hierro y cobre, difieren de la teoría debido a las siguientes posibles causas de error:
· Este es un procedimiento subjetivo, ya que el proceso de medición era netamente observativo, y los resultados estaban sujetos al criterio de la persona que estuviera ejecutando el procedimiento, pues la percepción del color es distinta para cada individuo.
· Es posible que se presenten inconsistencias en cuanto a la limpieza del alambre de nicrom, pues si los residuos no eran retirados adecuadamente es muy probable que las otras sustancias se hayan visto contaminadas.
· Existe la probabilidad de que durante análisis anteriores hayan quedado residuos en el mechero, ya que este no fue limpiado en ningún punto del experimento, lo que pudo generar una llama contaminada.
· Sería recomendable que la tabla de posibles colores proporcionada en la guía tuvieran mayor variedad, lo que ampliará las posibilidades de elección, pues al momento de la visualización del espectro emitido algunas veces el color identificado no se encontraba en la tabla, por lo que se aproximaba al color más cercano.
Cabe resaltar que los compuestos utilizados durante la práctica estaban formados por cloro (Cl), azufre (S) u oxigeno (O), que son no metales, sumado a un elemento metálico, por ende los cationes en cada compuesto serían los metales, ya que una de sus características principales es la tendencia a ceder electrones al formar enlaces, por ello son estos los que absorben la energía de la llama pasando de su estado basal a un estado excitado, una vez regresan a ese estado fundamental liberan la energía absorbida en forma de ondas electromagnéticas asociadas a un color específico. De acuerdo con esto, el catión presente en la muestra problema es Na1+, debido a que dicho color que ya había sido observado anteriormente durante el análisis del cloruro de sodio (NaCl); por otra parte, los cationes presentes en la mezcla No.1 son Fe2+ y Cu2+, ya que era una mezcla binaria de libre albedrío, en la que se decidió combinar el hierro en polvo (Fe) con el sulfato de cobre (CuSO4). 
Durante el análisis de la mezcla No. 2 fue posible observar el color verde, blanco y rojo, esto debido a que los elementos metálicos presentes en la mezcla eran Cobre (Cu), Litio (Li) y Potasio (K), que son los responsables de dicha emisión; no obstante, de acuerdo con la teoría, los colores emitidos debían ser azul, rojo y violeta, ya que son los espectros electromagnéticos característicos de cada elemento, teniendo en cuenta que la radiación emitida por cada uno es distinta, pues posee una longitud de onda y una frecuencia específica, asociadas a un color determinado; adicionalmente, el color blanco observado en esta mezcla se debe a la combinación de todos los colores pertenecientes al espectro de luz visible, teoría que fue comprobada por Isaac Newton al colocar 2 prismas consecutivos, uno que dividía la luz blanca en haces de luz de distintos colores y el otro que las reunía, debido a la refracción.
Otro aspecto a resaltar es que los cationes de cada compuesto se pueden diferenciar gracias al espectro electromagnético generado; cada átomo absorbe la energía necesaria para que el electrón pase a un nivel de energía superior, llegando a un estado excitado momentáneo, una vez regresan a su estado basal deben liberar la energía absorbida, esta radiación se dispersa a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas, las cuales poseen una longitud de onda y una frecuencia determinada, dando lugar a un espectro electromagnético específico. Teniendo en cuenta esto, cada elemento requiere de distinta energía para lograr ese estado excitado, por lo que la energía liberada también es particular de cada uno, al igual que la longitud de onda, la frecuencia y por ende el espectro electromagnético generado, como es posible observar en la siguiente figura:
Figura 3. Espectro electromagnético visible. Ilustración resumida que relaciona las diversas longitudes de onda con un color específico.
Fuente: https://astrojem.com/teorias/espectroelectromagnetico.html [Consultado en 3 de septiembre de 2018]
En el caso especifico del cloruro de potasio (KCl) es necesario visualizar la llama a través de un filtro de cobalto, esto debido a que los compuestos de sodio están presentes como impurezas en muchas sustancias y su color amarillo tiende a enmascarar otros colores de menor intensidad, como es el caso del color violeta producido por el potasio; dicho color amarillo es absorbido por el vidrio azul de cobalto cuando se trata de compuestos que contengan potasio, aunque en otros compuestos como las sales de estroncio y bario se emplean luces de colores para disipar estas impurezas.
Dando continuidad al análisis de los resultados, a través de la ley de Planck (ecuación 1) es posible determinar los elementos más energéticos, teniendo en cuenta la longitud de onda del espectro emitido. Con base a esto los compuestos más energéticos observados durante la práctica fueron:
· Cloruro de sodio (NaCl)
· Cloruro de potasio (KCl)
· Cloruro de estroncio (SrCl2) 
· Hierro (Fe)
Haciendo uso de estas mismas formulas es posible determinar la energía de los cationes pertenecientes a la muestra problema y a la mezcla No. 1:
· Muestra problema: Cloruro de sodio (NaCl)
· Mezcla No. 1:
Hierro (Fe):
Sulfato de Cobre (CuSO4)
CONCLUSIONES
En conclusión, gracias a esta experimentación fue posible comprender e interiorizar los conceptos teóricos vistos en clase a través de la aplicación práctica de los mismos. Por otro lado se logró observar la reacción de cada elemento metálico (catión) cuando se encuentra expuesto expuesto a altas temperaturas y comprender como los electrones luego de pasar por un estado excitado, liberan un fotón con la misma cantidad de energía absorbida, el cual se dispersa por el espacio en forma de ondas electromagnéticas con una longitud de onda y frecuencia específica, asociadas a un color determinado; con base en lo anterior se establece que la energía es directamente proporcional a la frecuencia e inversamente proporcional a la longitud de onda.
Después de comparar los resultados teóricos con los experimentales se llega a la conclusión de que las variaciones fueron mínimas, entre las principales causas de error se encuentra la limpieza inadecuada de los utensilios, como el alambre de nicrom y el mechero, lo que causo leves variaciones en los colores percibidos. También es importante tener en cuenta que este es un experimento de carácter subjetivo y no posee un alto nivel de eficiencia, ya que la percepción del color es diferente en cada individuo.
REFERENCIAS
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Picado, Ana Beatriz. Alvarez, Milton. Química I: introducción al mundo de la materia [en línea]. [Consultado: septiembre 8 de 2018]. Disponible en Internet: https://books.google.com.co/books?id=mjvKG4BJ0xwC&pg=PA232&dq=color+de+la+radiacion+del+cloruro+de+potasio&hl=es-419&sa=X&ved=0ahUKEwik9cSuyazdAhWBzVMKHR5SAhMQ6AEIPzAD#v=onepage&q=color%20de%20la%20radiacion%20del%20cloruro%20de%20potasio&f=false 
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Blanco, Manuela. Carreto, Marcial. González,
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Plant & Soil Sciences eLibrary: La Interacción de la Luz con las Biomoléculas [en línea]. [Consultado: septiembre 9 de 2018]. Disponible en Internet: https://astrojem.com/radiacionelectromagnetica.html. 
ANEXOS
1. La radiación ionizante tiene variedad de usos en diferentes campos como por ejemplo: eliminador de los microrganismos presentes en alimentos, como hongos y bacterias, para evitar que causen enfermedades al consumirlos y para que los alimentos perduren en buen estado por más tiempo; eliminador de insectos y otros artrópodos que dañan materias primas y productos (madera, telas, papel, harina, etc.); transformador de polímeros que componen ciertos materiales, como los plásticos, otorgándoles características especiales (como mayor resistencia al calor y la tracción); fabricante de nuevos materiales poliméricos a partir de desechos orgánicos como el bagazo de caña; esterilizar prótesis y tejidos para implantes (por ejemplo injertos de piel para personas que han sufrido quemaduras); esterilizar materiales de uso médico, tales como jeringas, sondas y gasas, para evitar infecciones en los pacientes; entre otros.
2. Las aplicaciones más significativas de las radiaciones ionizantes: 
· En la industria: Medidores de espesor, densidad o nivel; procesos de tratamiento como la polimerización y la esterilización; ensayos no destructivos como la radiografía o la neurografía; trazadores para medir por ejemplo el caudal o la velocidad de fluidos en tuberías; prospección para conocer características de los suelos.
· En la agricultura: Optimizador de rendimiento en la producción carne animal, leche, lana, etc.; estudio del metabolismo de animales; producir mayor resistencia a alguna enfermedad específica; mejor adaptación a ciertas condiciones ambientales o un mayor rendimiento en las cosechas.
· Medioambientales: Eliminador de gases contaminantes, incluidos los gases del efecto invernadero; se usa como ayuda para identificar las fuentes de contaminación de nitratos en el agua y facilitar la adopción de medidas de mitigación adecuadas.
· Medicina: Se usa para la Radiografía convencional (rayos X), Fluoroscopia, Mamografía, Ecografía, Radioterapia.
3. Resonancia magnética: Procedimiento no invasivo para proporcionar una visión detallada del tejido a analizar, no utiliza rayos X sino campos magnéticos con el fin de construir imágenes que detecten alteraciones. Para dicho procedimiento se hace uso de un resonador magnético: equipo especializado en obtener imágenes del cuerpo en 2 y 3 dimensiones por medio de un campo electromagnético muy potente y pulsos de radio frecuencia, quienes se encargan de estimular los átomos de hidrogeno y así receptar las energías sobresalientes de los momentos de relajación y recuperación de los átomos. 
4. La diferencia entre la fluorescencia y la fosforescencia radica en la capacidad de almacenar energía. La fluorescencia absorbe energía de la luz ultravioleta e inmediatamente libera radiación luminosa; por otro lado la fosforescencia absorbe la radiación ultravioleta pero almacena energía, retrasando la emisión de luz, por lo que son capaces de emitir dicha radiación luminosa poco a poco durante cierto tiempo a pesar de haber cesado la fuente de radiación.
COMPUESTOSCationesRadiaciónLogitud de Onda
NaClNaNaranja587 - 598
KClKVioleta400 - 465
LiClLiRojo620 - 700
BaCl
2
BaVerde amarillento530 - 575
SrCl
2
SrRojo620 - 700
MgMgVerde 497 - 530
CuSO
4
CuVerde497 - 530
FeFeAmarillo anaranjado580 - 587
Mezcla 1Fe + CuVerde amarillento530 - 575
Mezcla 2Cu + Li + KRojo + Verde + BlancoIndefinida
Muestra ProblemaFe + NaNaranja + Chispas587 - 598
DATOS EXPERIMENTALES
COMPUESTOSCationesRadiaciónLongitud de Onda
NaClNaAmarillo575 - 580
KClKVioleta400 - 465
LiClLiRojo620 - 700
BaCl
2
BaVerde530 - 575
SrCl
2
SrRojo620 - 700
MgMgVerde497 - 530
CuSO
4
CuAzul465 - 480
FeFeNaranja587 - 598
Mezcla 1Fe + CuAmarillo + AzulIndefinida
Mezcla 2Cu + Li + KAzul + Rojo +VioletaIndefinida
Muestra ProblemaNaAmarillo575 - 580
DATOS TEÓRICOS