TP 6 Hidrolisis

Trabajo Práctico Nº 6
HIDRÓLISIS DE CATIONES
Objetivos
Estudiar el comportamiento ácido-base de soluciones acuosas de sales
inorgánicas.
Identificar las reacciones responsables de dicho comportamiento.
Describir estos procesos a nivel molecular.
Interpretar las tendencias en términos de parámetros apropiados.
 El fenómeno de la hidrólisis
Si la atracción de un ión metálico por el extremo negativo del dipolo del agua
es lo bastante fuerte, la molécula de agua se verá afectada.
A medida que los pares libres del oxígeno se acercan al ión metálico, los
electrones del enlace HO se desplazan hacia el oxígeno para compensar su
pérdida de densidad electrónica.
Así, el extremo positivo donde está el hidrógeno, se asemeja a un ión H +, que
incluso puede “liberarse” como tal, en la medida en que haya una base capaz
de “tomarlo”.
Este equilibrio puede ser representado de la siguiente manera:
[M(H2O)6]+z + H2O
[M(H2O)5OH]+(z-1) + H3O+
(1)
La constante de equilibrio de este proceso puede ser medida, aún cuando
existen grandes dificultades experimentales. Algunos de los valores de pKa
tabulados, resultan del promedio de distintas medidas, que pueden diferir
entre sí hasta en una unidad de pH, por lo cual no es posible interpretar
pequeñas diferencias, pero si es factible relacionar estos valores con
propiedades periódicas como el radio iónico y la electronegatividad.
Este proceso tiene importantes consecuencias prácticas, muchas de las
cuales provienen de que la reacción (1) es sólo la primera reacción de las
muchas que pueden ocurrir. Más moléculas de H2O pueden hidrolizarse
produciendo más iones H+. A su vez los hidroxicationes, que contienen más
de un grupo OH, pueden dar gran variedad de
reacciones como
polimerizaciones, generación de oxocationes, y la más común de todas, la
formación de hidróxidos generalmente insolubles.
Cuando trabajamos con no metales en estados de oxidación positivos o
metales con número de oxidación muy alto, no estamos en presencia de
cationes, sino de oxoaniones.
La interacción de estos oxoaniones con el agua de hidratación puede ser tan
grande como para que éstas últimas se disocien, liberando iones OH , que
hacen básica la solución.
[MOx] y + H2O
[MO(x-1)OH] (y 1) + OH
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(2)
Al igual que para la reacción (1), es posible determinar la constante de
equilibrio (pKb). Puede consultar algunos de estos valores en las tablas
publicadas en la pagina web de la materia.
Parte experimental
1. Mantener a ebullición 250 mL de agua destilada por al menos 10 minutos,
llevar a temperatura ambiente y medir con papel indicador o pH-metro, el pH
final.
2. Preparar 10 mL de solución 0,2 M de cada uno de los cationes presentes
en las siguientes sales: KCl, MnCl2, FeCl3, Al2(SO4)3, NH4Cl, Pb(NO3)2,
MgCl2, CuCl2.
3. Medir el pH de cada solución. Observar la eventual formación de
precipitados.
Registro y análisis de datos
Registrar el pH de cada una de las soluciones estudiadas; comparar los
valores obtenidos con el medido para agua destilada.
Comparar los resultados propios con los obtenidos por el conjunto de las
comisiones de su laboratorio.
En los casos en que el pH medido para una de las soluciones estudiadas
difiriera del pH medido para el agua destilada, proponer explicaciones
adecuadas, escribiendo las ecuaciones químicas correspondientes. Puede
guiarse para ese análisis por el texto (“El fenómeno de la hidrólisis”), o por las
fuentes bibliográficas sugeridas al final del trabajo práctico.
Analizar, en base a las observaciones realizadas en el T.P. de qué factores
depende la acidez de los cationes estudiados. Extender el análisis a un
conjunto más amplio de cationes, utilizando para ello los datos de constantes
de acidez que pueda obtener de tablas.
Resumir este análisis en términos de conclusiones apropiadas referidas a los
objetivos del trabajo práctico.
Analizar, con ayuda bibliográfica, qué sucede con cationes muy ácidos; en
particular, cómo incorporar al esquema precedente el comportamiento de los
óxidos insolubles y de los oxoaniones.
Síntesis de Magnetita (Fe3O4)
En un vaso de precipitados de 100 mL pesar 4,2 g de FeSO4.7H2O y disolver
añadiendo 30 mL de agua destilada. ¿Qué pH espera obtener? ¿por qué?
En otro vaso de precipitados, pesar 1,9 g de KOH y 0,12 g de KNO3 y
disolverlos también con 30 mL de agua destilada.
Calentar ambas soluciones POR SEPARADO hasta 75o C y luego mezclarlas
manteniéndolas en agitación constante a 100 o C, durante 10 minutos.
Dejar enfriar la suspensión resultante a temperatura ambiente y ajustar a pH
ácido con HCl 6M.
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Centrifugar y lavar el sólido obtenido hasta reacción negativa de SO4-2 en el
filtrado (ensayar alícuotas con solución de BaCl2 ).
Separar el sólido obtenido y secar en estufa. Pesar y calcular el rendimiento.
Ensayar el comportamiento del sólido obtenido frente a un imán.
Problemas de interpretación y ejercitación
Problema 1:
Cite dos ejemplos de cationes de metales o de no metales que correspondan
a las siguientes categorías:
Dan una solución neutra en agua.
Dan una solución levemente ácida en agua.
Dan una solución débilmente ácida en agua, que es enmascarada por el CO 2
disuelto en agua.
Dan una solución moderadamente ácida en agua, comparable a una solución
de vinagre por su acidez.
Se hidrolizan reversiblemente para dar una solución fuertemente ácida.
Se hidrolizan irreversiblemente en agua.
Problema 2
Dados los siguientes cationes hipotéticos:
U3+, Ag+, Pa5+, C4+, As3+, Tl+, Th4+.
Clasifíquelos por acidez y describa las reacciones de sus cloruros con agua.
¿Cuáles de ellos darían turbidez o precipitado al disolverlos en agua? ¿Cómo
podría rectificarse si esto ocurriera?
¿Si las soluciones acuosas de estos cationes fueran ajustadas a un pH entre
5,5 y 7,0, en qué forma estaría presente cada elemento?
Problema 3
Calcule en qué intervalo puede variar el radio de un catión de carga +1 para
ubicarse en cada una de las categorías de acidez propuestas en el problema
1. Repita el cálculo con iones de carga +2, +3 y +4. Teniendo en cuenta sus
resultados, asigne la categoría correspondiente a los distintos cationes
metálicos.
Bibliografía sugerida:
Inorganic Chemistry, Gary Wulfsberg, University Science Books (2000).
Cap. 2.
La acidez de los cationes en un contexto de potabilización del agua.
H. Ceretti, F. Cukiernik y A. Zalts. Educación Química 12, 209 – 2014
(2001).
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