Informes- Combustión de la vela

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Método Científico. La vela.

Combustible + O2 → H2O + CO2 + Energía

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(*) No se hizo evaluación del “Modelo Propuesto” de la sección de “Aplicaciones”.

• Nombres: Valentina Figueroa Obando; Christofer Vera Gonzalez
• Carrera: Ingeniería Civil en Prevención de Riesgos y Medio Ambiente
• Fecha: 11.04.15
• Docentes: Leslie Díaz; Harold Lozano

Resumen

El presente documento corresponde al informe número dos del ramo “Laboratorio de Química General” dirigido por los docentes Leslie Díaz y Harold Lozano.

Este documento tiene como próposito observar y describir el proceso de combustión, donde se realizará la investigación poniendo énfasis en una vela como objetivo principal a investigar, utilizando el método científico como fundamento teórico. Para ello se utilizaron materiales como una vela, un matraz Erlenmeyer, un mechero Bunsen, vasos de precipitado y una pipeta aforada principalmente en el proceso de exxperimentación.

De este modo los experimentos fueron divididos en tres partes, en cual se plantean preguntas para llevar a cabo los experimentos sucesores, demostrando así la hipótesis planteada a través de respaldos concretos. A medida que se van respondiendo las preguntas, la hipótesis va aumentando su validez.

Dicha hipótesis fue validada satisfactoriamente, comprobando que los reactantes y los productos de un proceso de combustión son invariables, por lo tanto, su ecuación química, tampoco cambia.

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Resultados

Parte I

• VELA ANTES DE SER ENCENDIDA:

• Tamaño:

• Vela 9 cm de largo
• Pabilo de 7 mm de largo

• Textura: Rugosa
• Forma: Cilíndrica
• Color: Blanco

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• VELA ENCENDIDA:

• Papel filtro (1):

• Toma un color rosado al ser mojado en una solución de Cloruro de Cobalto ().[pic 4]
•  Al ser secado en el mechero Bunsen este se torna de un color azul.
• Luego de unos minutos se blanquea, aunque no del mismo blanco inicial del papel filtro.
• Cuando se pasa por la película de líquido depositada en el vaso se torna de un color rosado nuevamente.

• Papel filtro (2):

• Toma un color rosado al ser mojado en una solución de Cloruro de Cobalto ().[pic 5]
• Al ser secado en el mechero Bunsen este se torna de un color azul.
• Luego de unos minutos se blanquea, aunque no del mismo blanco inicial del papel filtro.
• Al ser impregnado con agua destilada, las orillas tornan un color rosado.

• Preguntas:

1. ¿Qué conclusiones se pueden obtener de este experimento?

• Respuesta: Al realizar este experimento, pudimos observar que durante el proceso de combustión con la vela, esta libera agua, y así comprobamos que efectivamente se liberan moléculas de agua y dióxido de carbono en un proceso de combustión.

1. Las evidencias que usted tiene ¿eliminan la posibilidad de algo diferente al agua que provoque a los cambios observados? Fundamente su respuesta.

• Respuesta: No, porque al encerrar la vela encendida con el vaso precipitado (de 600 ml), la llama comienza a absorber el oxígeno, provocando que la vela se comience a apagar a medida que se va consumiendo el oxígeno.

1. Si la película de líquido es agua ¿de dónde proviene?

• Respuesta: Cuando la llama de la vela comenzó a consumir oxígeno dentro del vaso precipitado, esta comenzó a combustionar, liberando partículas de agua, que al estar encerradas, estas partículas quedaron adheridas en el vidrio formando la película de agua.

1. ¿Espera usted que se produzca agua en una estufa eléctrica encendida? Fundamente su respuesta.

• Respuesta: Por supuesto, ya que cumple con los elementos básicos de para que se produzca una reacción de combustión, y en todo proceso de combustión se obtienen como subproductos dióxido de carbono (), agua () y energía. En este caso se utiliza gas butano () como combustible, también conocido como gas doméstico, y oxígeno ().[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

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• Experimentos adicionales:

• Permaneció 15,35 segundos la vela encendida al invertir un vaso de precipitado de 500 ml de capacidad.
• Permaneció 14,23 segundos la vela encendida al invertir un vaso de precipitado de 250 ml de capacidad.

• Pregunta:

1. ¿Qué concluye de estos experimentos?

Respuesta: El consumo de oxígeno en el proceso de combustión no ocurre en forma lineal, es decir, no tiene una constante (K) que permita saber con exactitud su consumo en determinado período de tiempo. Más bien este proceso ocurre de manera inconstante formando una curva descendente en un gráfico “Cantidad de  versus Cantidad de ”.[pic 11][pic 12]

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Parte II

• ¿Por qué se apaga la llama de la vela cuando se la cierra en un  corto período?

• Al aplicar una pequeña cantidad de oxígeno en la llama de la vela,  el cono externo (Color amarillo) prácticamente desapareció y se intensificó el cono interno (Color azul).

• AGUA DE CAL O BARITA (25 ml):

• Matraz Erlenmeyer (1):

• Vela se apaga casi de inmediato.
• Se observan burbujas de aire en el contenido.
• Se torna de un color amarillo.

• Matraz Erlenmeyer (2) o (Blanco):

• Sin cambios

• HIPÓTESIS ESCOGIDA: “El proceso de combustión consume un material gaseoso presente en el aire. Cuando este componente se acaba, la combustión cesa”.

• Preguntas:

1. Explique cómo estos experimentos ofrecen una base de preferencia entre las dos hipótesis planteadas anteriormente.

• Respuesta: El agua de barita tiene la propiedad de absorber dióxido de carbono, por esta razón se formaron dichas burbujas mencionadas anteriormente cuando se invierte el matraz Erlenmeyer sobre la vela. Además, dicha vela se apaga casi instantáneamente en este procedimiento.

1. Nombre algunos productos posibles de la combustión del material de la vela.

• Respuesta: Dióxido de carbono () en estado gaseoso.[pic 14]

Parte III

• Preguntas:

1. ¿Por qué la llama es obscura en el centro y amarilla en la parte externa?

• Respuesta: Porque es una llama de difusión, por lo que la combustión es más incompleta y la reacción ocurre en el cono externo de la llama. En el cono interno la cera fundida de la vela se vaporiza alrededor de la mecha, creando una zona en la que lo único que hay es gases combustibles por lo que no puede combustionar.

1. ¿Cuál es la función del pabilo (mecha de la vela)?

• Respuesta: Su función es permitir que el proceso de combustión sea posible, debido a que esta contiene azufre (Z), un elemento inflamable al ser mezclada con nitrato de potasio (KNO3) y carbón es altamente inflamable.

1. ¿Por qué es posible apagar la vela soplando la llama?

• Respuesta: Al soplar expulsamos aire empobrecido de oxígeno y rico en nitrógeno y dióxido de carbono, lo que no facilita la combustión haciendo que la llama se ahogue.

• Experimentos:

• Al acercar el fósforo al tubo que se encuentra cercano a la parte oscura de la llama, no existen cambios.
• Al acercar el fósforo al tubo que se encuentra cercano a la parte brillante, la llama del fósforo aumenta su tamaño.
• Al acercar el fósforo el humo blanco de la vela, esta aumenta significativamente su tamaño (El doble del tamaño inicial).

• No es posible encender una vela si no contiene un pabilo.
• El pabilo por si sólo se consume rápidamente al ser encendido. Esta tenía una longitud de 5 cm aproximadamente, el cual se consumió en un tiempo de 7 segundos aproximadamente.

• Pregunta:

1. ¿Cuáles son algunas de las propiedades necesarias de un pabilo?

• Respuesta: Para que un pabilo funcione correctamente este debe ser resistente; poco tramado; no metálico, ya que este conduce el calor pero lo logra mantenerse encendido, sólo se quema; material termoestable, no debe derretirse al instante.

• Experimentos:

• Movimiento partículas de grafito:

• Velocidad constante de las partículas.
• Trayectoria circular.
• Cuando se le aplica las gotas de agua las partículas se tienen a separar.

• Preguntas:

1. ¿En qué estado físico combustiona la parafina? Justifique con evidencias experimentales.

• Respuesta: La parafina sólo logra combustionar en estado líquido. Este es un hidrocarburo inflamable, es decir, un derivado del petróleo por lo que sólo puede reaccionar con el pabilo en ese estado ya que

1. Se dispone de una vela de mayor diámetro ¿Producirá una llama más grande? ¿Cómo construiría una vela que produzca una llama más grande? Prueba su hipótesis con algún experimento.

• Respuesta: No, porque si se dispone de una vela de mayor diámetro, esta incluiría más parafina, pero el pabilo sería el mismo. Para construir una vela que produzca una llama más grande se puede incluir nuevos pabilos para que estos absorban más parafina y mantengan la vela encendida con una llama de mayores dimensiones.

1. ¿Qué piensa usted que está ocurriendo dentro de la llama de la  vela? Justifique sus argumentos con evidencias experimentales.

• Respuesta: Al interior de la vela (al estar encendida) el pabilo es capaz de derretir la parafina, la cual sirve como combustible y mantener la vela encendida. En la llama se observan distintos tonos de colores el cual indica la combustión que se está realizando. La llama de color azul (cono inferior) es donde se logra la combustión completa, ya que capta más partículas de oxígeno y la parte de la llama que es de color amarilla (cono superior) la combustión es incompleta. 

1. Proponga un modelo que dé respuestas al máximo posible de las preguntas introductorias.

• Respuesta: La vela tiene la propiedad de encenderse mediante el proceso de combustión, gracias a un pabilo hecho con un cordel de algodón y aire como comburente principal (21% O, 73% N2 (inerte)). Al ocurrir este proceso logra iluminar el espacio físico en que se encuentra, liberando energía lumínica al ambiente. Además de esto se liberan dos moléculas más al lugar donde ocurre esta reacción:

• Agua (): Esta es liberada en estado gaseoso.[pic 15]
• Dióxido de Carbono (): Esta también liberada en estado gaseoso.[pic 16]

Conclusión

Se puede concluir que sólo existe una única forma de que ocurra el proceso de  combustión, el cual se necesita algún elemento que arda (combustible), y otro que produzca la combustión (comburente), generalmente en forma de  en estado gaseoso como reactantes. De esta forma se obtiene dióxido de carbono (), agua () y energía en forma de luz como productos de la reacción y su fórmula química quedaría de la siguiente forma:[pic 17][pic 18][pic 19]

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