Contenido del Programa - Página Personal de Jose Luis Mesa Rueda
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Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II TEMA 1. INTRODUCCIÓN Seguridad en el laboratorio. Sustancias tóxicas y peligrosas más comunes. Preparación del cuaderno de laboratorio. Experimentación a microescala: material utilizado y manipulación. 1.1. NORMAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO DE QUÍMICA El laboratorio de química no es realmente un lugar peligroso, pero requiere una razonable prudencia y unos conocimientos básicos por parte del experimentador para mantener su seguridad. Por ello, es obligatorio el conocimiento de las normas de Seguridad en el Laboratorio. GENERAL 1. No trabajará en el laboratorio nunca, una persona sóla. 2. Está expresamente prohibido: -Realizar experimentos no autorizados sin consultar primero con el profesorado. -Fumar, comer o beber en el laboratorio. -La entrada en el laboratorio de prácticas de personas ajenas a éstas. 3. Es obligatorio el uso de la bata de laboratorio, preferentemente de algodón. Es recomendable usar guantes, sobre todo cuando se utilizan disoluciones corrosivas, como ácidos y bases fuertes. 4. Es obligatorio el uso permanente de gafas de seguridad en el Laboratorio. Las lentes de contacto no deben usarse nunca en el laboratorio por dos razones: -En caso de salpicadura accidental de reactivos a los ojos, no pueden quitarse con la necesaria rapidez. -Algunos reactivos volátiles se concentran entre la lente y el ojo sin que el lagrimal pueda eliminarlos convenientemente. 5. Debe de recogerse el pelo largo, evitar ropas sueltas y el calzado de tela o sandalias. 6. Debe de conocerse la localización y uso correcto de extintores, ducha de emergencia, lava-ojos y botiquín, y estar preparados para socorrer a otros. Avise inmediatamente de cualquier accidente al profesor. REACTIVOS 1. Leer atentamente el guión de cada práctica antes de entrar en el laboratorio. Ya en el laboratorio, leer cuidadosamente las etiquetas de todos los reactivos que se van a usar. Comprobar que se trata realmente del reactivo indicado y observar los símbolos y frases de seguridad, que señalan los riesgos más importantes derivados de su uso y las precauciones que hay que adoptar para su utilización. 1 2 Departamento de Química Inorgánica Símbolos de peligrosidad: Las sustancias sustancias O-comburente comburentes, inflamables en originan contacto una con reacción fuertemente exotérmica. Precauciones: evitar el contacto con sustancias combustibles. Importante riesgo de inflamación. El contacto con sustancias corrosivas destruye tejidos C-corrosivo vivos y otros materiales. Precauciones: evitar el contacto con la piel y la ropa. No inhalar los vapores. Productos que pueden explotar por efecto de una E-explosivo llama o una fricción. Precauciones: Evitar el calor, los golpes y la fricción. Productos que inhalados, ingeridos o en contacto con T-tóxico T+-muy tóxico la piel, provocan lesiones de diversa gravedad e incluso la muerte. Precauciones: evitar el contacto. Productos autoinflamables, fácilmente inflamables ó F-inflamable que en contacto con el agua generan gases inflamables. Precauciones: mantenerlos completamente alejados de las llamas y del calor. Productos que actúan sobre la piel, y las mucosas en Xn-nocivo Xi-irritante general. Irritan las vías respiratorias. Precauciones: evitar el contacto y no inhalar los vapores. 2. No succionar con la boca para llenar pipetas. 3. Trabajar en campana de gases siempre que se indique en el guión. 4. Lavarse las manos a menudo, y siempre inmediatamente después de exponerse a un reactivo peligroso y antes de dejar el laboratorio. 5. Cerrar el mechero Bunsen cuando no se utilice, mediante la llave incorporada en el mechero y la de salida de la mesa. No acercar ningún producto químico a la llama del mechero. Especialmente, alejar las botellas de reactivos de lugares donde les pueda incidir el calor de la llama. 6. No transportar innecesariamente los reactivos de un sitio a otro del laboratorio. Si hay que transportarlos, hay que tener cuidado con las botellas, cogiéndolas siempre por el fondo, no por la boca. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II LIMPIEZA Y ORDEN 1. El orden es fundamental en el trabajo de laboratorio, para conseguir resultados y para evitar accidentes. Aprender a trabajar con orden y seguridad es un aspecto más de las prácticas, por lo que se tendrá en cuenta a la hora de valorar los resultados del aprendizaje. 2. Hay que trabajar sin prisas, pensando en cada momento lo que se está haciendo y con el material y reactivos ordenados. 3. Reponer las tapas en los botes y los tapones en las botellas, tan pronto como se haya tomado la cantidad necesaria. 4. Mantener las mesas, las campanas de gases, las balanzas, estufas... siempre limpias. Recoger inmediatamente cualquier derrame que se produzca. ACCIDENTES La mayoría de accidentes en un laboratorio de prácticas de química son cortes y quemaduras. Se debe seguir todos los consejos de este capítulo cuidadosamente en particular, se ha de tener especial cuidado de no crear peligro a las personas próximas. Por ejemplo, cuando se caliente un tubo de ensayo, no hay que apuntar con la boca hacia nadie, tiene que estar lleno como máximo 2/3 de su capacidad, y debe agitarse constantemente. No se debe forzar nunca los tubos de vidrio. Si se pretende introducir una salida de vidrio en una goma, deben de mojarse tanto el vidrio como la goma y utilizar un trapo en cada mano. No tocar con la mano ningún material caliente, para lo que se utilizaran pinzas de diversos tipos, o dediles de goma. Dejar el vidrio caliente apartado hasta que haya tenido tiempo suficiente de enfriarse. No se utilizará material de vidrio agrietado ni roto. Ante cualquier salpicadura, por leve que sea, utilizar inmediatamente agua abundante y avisar al profesor. COMO ACTUAR 1. Ropa ardiendo: Evitar que la persona corra avivando las llamas. Hacerla rodar en el suelo ayudará a extinguir las llamas y evitará que las inhale. Mantener a la persona en la ducha de seguridad hasta que las llamas se extingan y los posibles reactivos químicos se laven. A continuación, quitar la ropa pero no la que eventualmente pueda estar pegada a la piel (utilizar tijeras si fuese necesario) arropar a la persona para evitar un shock y si palidece y tiembla darla una bebida dulce o un terrón de azúcar. Buscar atención médica rápidamente. Nota: Si se utiliza un extintor, tener mucho cuidado de no sofocar al accidentado. 2. Reactivos ardiendo: Apagar todos los mecheros de alrededor y retirar todos los reactivos y disolventes combustibles. Un fuego pequeño en un matraz o vaso de precipitados, se puede apagar cubriéndolo con un vaso grande, o un vidrio de reloj. Si es necesario, utilizar un extintor seco apuntando directamente a la base de las llamas. Nunca utilizar agua. En caso de incendio mayor dar la alarma y abandonar el recinto con calma. 3 4 Departamento de Química Inorgánica 3. Quemadura térmica o química: Enjuagar la zona quemada con agua fría durante al menos 15 minutos. Seguir más tiempo si el dolor no cesa. Lavar con un jabón suave y agua. Actualmente se desaconseja el uso de reactivos neutralizantes, ungüentos, cremas o lociones. No obstante en caso de quemaduras térmicas menores se podrá aplicar una crema calmante. Si el reactivo causante de la quemadura se encuentra derramado en gran superficie del accidentado, quitar la ropa contaminada rápidamente mientras se le mantiene bajo la ducha de seguridad. Los segundos cuentan y no es momento para pudores. Buscar atención médica rápidamente. 4. Salpicaduras de reactivos en los ojos: Lavar los ojos con agua abundante en la fuente lava-ojos. Aunque se sienta dolor o escozor, es muy importante que la persona mantenga abiertos los ojos para que también se lave detrás de los párpados. Independientemente de la severidad de la lesión, buscar atención médica inmediatamente. 5. Cortes menores: Este tipo de cortes es el más común en el laboratorio y se produce normalmente por la manipulación de vidrio roto. Lavar el corte, observar y eliminar fragmentos de vidrio y aplicar presión para detener la hemorragia. Si se considera oportuno, buscar atención médica. 6. Cortes mayores: Si la hemorragia es considerable aplicar una compresa esterilizada en la herida, aplicando presión firme, arropar a la persona accidentada para evitar el shock y buscar atención médica inmediatamente. Nunca utilizar un torniquete. 7. Venenos: Si se sospecha un posible envenenamiento de cualquier tipo, comunicarlo inmediatamente al profesor. De nuevo, los segundos cuentan. RESIDUOS 1. No eliminar nunca residuos peligrosos por la pileta ni depositar en la basura, sino en los recipientes preparados para ello. 2. Pequeñas cantidades de reactivos, no peligrosos, y solubles en agua, pueden eliminarse por la pileta, con abundante agua. 3. El vidrio roto se deposita en un contenedor para vidrio, no en la papelera. 1.2. CUADERNO DE LABORATORIO Los investigadores consideran el cuaderno de laboratorio como una de sus más valiosas posesiones. El cuaderno de laboratorio resume el trabajo que han hecho y los resultados obtenidos. A continuación se señalan algunas indicaciones para la elaboración del cuaderno de laboratorio obligatorio. 1. El cuaderno sirve para tomar nota inmediata de todas las observaciones experimentales, de forma breve pero concisa y clara. No deben emplearse hojas sueltas que puedan perderse, sino un cuaderno. Las anotaciones se deben hacer directamente en el cuaderno, no en sucio para pasarlas luego a limpio. No se deben omitir ni los datos cuantitativos ni los cualitativos. 2. Al comienzo de cada reacción, apunte las cantidades usadas de cada reactivo (masa o volumen), su equivalencia en moles y, en su caso, las densidades y concentraciones. Anote también todos los cálculos realizados. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 5 3. Esquematice los procesos químicos que llevan a la preparación de la sustancia final. 4. Anote las características de todo el material utilizado en el transcurso de la práctica, y dibuje el material especial utilizado (montajes, etc.). 5. Escriba su versión del procedimiento operativo, señalando todas aquellas observaciones que hayan merecido su interés. Intente interpretar todas sus observaciones (no apunte sólo “aparece un precipitado amarillo” sino que añada “presumiblemente de BaCrO4”) indicando si sus interpretaciones son de origen teórico (“las sales alcalinoterreas con anión como CrO42-, SO42-, son insolubles”) o práctico (“he mezclado disoluciones de BaCl2 y Na2CrO4 y ha aparecido un precipitado amarillo que sólo puede ser debido al BaCrO4 ya que el NaCl es blanco y soluble”), etc. 6. Apunte siempre el color, rendimiento y otras características de los productos sintetizados. 7. Escriba las contestaciones a las cuestiones planteadas en el guión, tanto las previas como las posteriores a la práctica. Tome también nota de las explicaciones dadas por el profesor y, sobre todo, de aquellas advertencias relacionadas con la seguridad. 1.3. MATERIAL DE LABORATORIO vasos de precipitado gradilla de tubo de ensayos varilla vidrio vidrio reloj probeta pipeta pipeta Pasteur Kitasato y mecheroBuchner tubo despredimiento de gases soporte, pinzas, nuez, rejilla y aro trompa de vacio embudo cónico capsula de porcelana pinza de madera o metal frasco lavador tapón mortero 6 Departamento de Química Inorgánica 1.4. OPERACIONES BÁSICAS 1.4.1. Pesada de material sólido Para pesar sustancias, utilizaremos balanzas digitales de 0.1 g de precisión. Al realizar una pesada tenga en cuenta: 1. No pese nunca directamente sobre el platillo de la balanza, sino sobre un vidrio de reloj o sobre algún recipiente de vidrio limpio y seco. No pese nunca directamente sobre un papel. 2. Antes de realizar una pesada, compruebe el cero de la balanza. 3. Después de usar la balanza, déjela completamente limpia. 1.4.2. Filtrado de precipitados Un problema normal en el laboratorio es separar un líquido de un sólido. Como quiera que en la filtración se pretende el paso de un líquido a través de un material poroso que retenga las partículas sólidas, son factores importantes la diferencia de presiones existente entre ambas caras del material filtrante y el tamaño del poro de éste. La filtración puede ser: 1. A presión ambiente o por gravedad. Se coloca el papel de filtro previamento recortado en el interior del embudo y se humedece con el líquido de lavado para que se adhiera a la pared interna del embudo. El embudo se sitúa sobre el soporte, de forma que el vástago se halle en contacto con la pared del recipiente de recogida del líquido de filtrado, y a continuación se va vertiendo el líquido hacia el embudo, deslizándolo por la varilla. Una vez que haya pasado todo el líquido, el sólido que pueda permanecer en el recipiente inicial se arrastra al filtro con la ayuda de la varilla y, finalmente con pequeñas porciones de disolvente que al mismo tiempo actuará como líquido de lavado. Debe cuidarse mucho que en las adiciones de producto al filtro, la disolución no rebase nunca el borde del papel pues en ese caso pasaría líquido sin atravesar el papel de filtro y arrastraría, al filtrado, partículas de precipitado. 2. A vacio. Se toma un círculo de papel de filtro de igual diámetro que el interior del embudo Buchner y se situa sobre la placa interior de éste, humedeciéndolo luego con líquido de lavado para Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 7 que la adherencia sea total. El embudo se adosa a un kitasato y se conecta la salida lateral con la trompa de vacío. Las restantes operaciones son similares a las descritas en la filtración a presión normal. Desconectar el kitasato de la trompa de vacio antes de cerrar ésta, pues la diferencia de presiones, en caso contrario, hará que el agua pase al kitasato impurificándolo o en el mejor de los casos diluyendo el líquido filtrado. Generalmente, la primera forma de filtrar, al ser más lenta, dificulta más el paso de pequeñas partículas de sólido a través del filtro. Por ello suele usarse en aquellos casos en que el precipitado es casi coloidal y pasa fácilmente los filtros, o cuando nos interesa eliminar una pequeña impureza insoluble garantizando que la disolución pasa completamente transparente. En este ultimo caso es corriente utilizar un papel plegado en pliegues en lugar de en forma cónica. La segunda forma es mucho más rápida y se utiliza generalmente para separar los productos finales de las disoluciones que los contienen (aguas madres), dejándolos un rato con paso de aire a través del embudo para que se sequen. 1.4.3. Medición y trasvase de líquidos Para realizar la medición y trasvase de líquidos en el laboratorio en la mayoria de las ocasiones se utiliza material aforado con el que ha que tener algunas precaciones generales como son: 1. Ningún material aforado puede calentarse o ser utilizado para liquidos calientes. 2. Preparar las disoluciones en un vaso de precipitados y, esperar un rato si el proceso de disolución produce un cambio apreciable (temperatura, color o desprendimiento de gases) antes de proceder a la transferencia de la disolución al material de medición. 3. Al utilizar uno de esos instrumentos, apunte en el cuaderno de laboratorio la capacidad, precisión y temperatura de calibrado que vienen gravados en ellos. 4. El enrase se hace tomando como indicador la parte inferior del menisco como se indica en la figura. (a) Menisco bien enrasado, (b) y (c) mal enrasado. Bureta: Se emplea exclusivamente para medir volúmenes con exactitud en valoraciones. 1. El espacio entre la llave y la salida debe estar lleno de liquido. 2. A empezar la valoración es conveniente que la bureta este enrasada en el cero. 3. El liquido debe vertirse despacio (gota a gota si es posible). 8 Departamento de Química Inorgánica Matraz aforado: Mide volúmenes con gran precisión. Sólo mide un volumen dado por aforo. Se utiliza por tanto para preparar disoluciones de volumen exacto. Pipeta: Se utiliza para trasvasar volúmenes exactos de disoluciones. Nunca introduzca una pipeta o similar en una botella de reactivo pues puede impurificarlo. Trasvase la cantidad aproximadamente necesaria a un vaso de precipitados y tome de éste la disolución. Nunca se debe subcionar con la boca, se emplea una pera o una jeringa. Probeta: Se utiliza en los mismos casos que las pipetas, cuando no es necesaria tanta precisión, aunque su precisión es aceptable bureta matraz aforado probeta pipeta Pipeta Pasteur 1.4.4. Calentar sólidos y líquidos Estufas. Para secar de forma eficaz los compuestos sintetizados, éstos se introducen en una estufa. 1. No cambie la temperatura de la estufa. Algunos compuestos descomponen, funden o subliman a temperaturas no muy altas, y el profesor habrá regulado la temperatura de la estufa de acuerdo a estas propiedades. 2. Introduzca los productos sobre un vidrio de reloj (marcado previamente), nunca directamente sobre papel. 3. Tome precauciones a la hora de sacar el vidrio para evitar quemaduras. Utilice pinzas largas si fuera necesario Mechero Bunsen. Se debe conocer el funcionamiento del mechero Bunsen, sus distintas partes y la mejor utilización en relación a la capacidad calorífica de las distintas partes de la llama. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 9 El gas entra por un orificio en la base del mechero. Con la entrada del aire se produce la mezcla que arde en el tubo. La proporción de aire en la mezcla se puede regular mediante un collar situado en la base del tubo que permite aumentar o disminuir el orificio de entrada de aire. La combustión del gas tiene una alta barrera de activación por lo que se utiliza una cerilla para proporcionar el calor necesario. Una vez iniciada la combustión, el propio calor generado permite que ésta continúe. Si el gas sale a demasiada velocidad, el mechero se apaga porque el gas no tiene tiempo para calentarse y entrar en combustión. Si la combustión se hace en exceso de oxígeno, ésta se completa y se tiene una llama incolora (se verá azulada) de alto poder calorífico; pero si falta oxígeno, la llama es anaranjada y de poco poder calorífico. Para encender el mechero Bunsen correctamente, siga las siguientes instrucciones: 1. Abra la salida de gas de la mesa. 2. Abra parcialmente la llave de gas situada en el mechero. Esta llave se ha de abrir lo necesario para una correcta salida de gas, pero sin que se apague la llama por su velocidad excesiva. 3. Aproximar la cerilla a la salida superior del tubo y regular la entrada de aire con el collar. 4. El mechero está bien encendido si tenemos una llama azulada. Para apagar el mechero se cierra en primer lugar la llave de la mesa y después la del mechero. Hay que asegurarse de que ambas llaves estén cerradas cuando no se utiliza el mechero. Menchero Bunsen y esquema de la llama 1.5. EXPERIMENTOS A MICROESCALA Todas las experiencias han de realizarse a escala reducida. Aunque las experiencias son muy sencillas, se pretende destacar las características más importantes en la periodicidad de las reacciones de los elementos de la tabla periódica. Después de comparar la reactividad de los elementos de un mismo grupo, en algunos casos se proponen síntesis sencillas de compuestos, siempre a microescala. Procedimiento experimental: a Las experiencias se realizaran en tubo de ensayo en el estudio comparativo de la reactividad ácido-base y redox. b Siempre se utilizaran pequeñas cantidades de sustancias, en el caso de las experiencias en tubo de ensayo, de 1 a 2 ml de disolución ó de 0.05 a 0.1 g de sólido. En las síntesis, las cantidades que se indiquen en el guión. 10 Departamento de Química Inorgánica c Se utilizará el cuentagotas en la manipulación de líquidos. Las reacciones entre dos soluciones se harán añadiendo gota a gota una de las soluciones sobre la otra. d Las experiencias en las que se manipulen ácidos concentrados o que desprendan gases se han de realizar en vitrina. 1.6. NORMAS GENERALES Asistencia: La falta de asistencia a alguna de las sesiones deberá estar motivada por una causa justificable, debiendo recuperar el tiempo no dedicado. También es imprescindible la asistencia con puntualidad y nadie abandonará la sesión sin antes avisar al profesor. En el Laboratorio: Cada alumno dispondrá de un lugar de trabajo y del material necesario. Cualquier material que falte al comienzo del curso, o se rompa durante su desarrollo, deberá ser solicitado al profesor. Es responsabilidad del alumno mantener perfectamente limpio y ordenado el material y la mesa de trabajo. La mesa deberá estar limpia y todo el material recogido en la taquilla al acabar la sesión del día. Al finalizar el curso el profesor dará el visto bueno al estado de la taquilla y material. La limpieza y orden también serán exigidos en las zonas comunes (zona de balanzas, estufas, campanas de gases, etc.). Desarrollo del curso: Antes de comenzar, el alumno deberá haber leído el guión correspondiente y repasado los conceptos teóricos necesarios. El profesor podrá plantear cuestiones antes, durante y después de la realización de la práctica. Concluidas la prácticas, se completará el cuaderno de laboratorio en casa. Se pasará lista al comienzo de cada práctica, y la ausencia injustificada a alguna de ellas supondrá el suspender la asignatura. Calificación: A la nota final contribuirá un 30% el informe de la práctica, un 30% el cuaderno de laboratorio y un 40% el examen, aunque es necesario aprobar este último para que se contabilice la nota de los informes y del cuaderno. En el informe de cada práctica se deben escribir , a ordenador, todas las reacciones que tengan lugar en la práctica (no es necesario ajustarlas). Este informe se entregará una semana después de finalizada cada práctica, y se devolverá corregido a la semana siguiente (los informe entregados fuera de este plazo no se contabilizarán). En el cuaderno de laboratorio se debe explicar con detalle todos los aspectos experimentales de cada pràctica, clasificar las reacciones (rédox, ácido-base, precipitación, complejación,…etc) y contestar las cuestiones planteadas en cada una de las prácticas. El cuaderno de laboratorio, escrito a ordenador, se entregará dos semanas después de finalizadas las prácticas (los cuadernos entregados fuera de este plazo no se contabilizarán). El examen consistirá en una serie de preguntas breves y de carácter fundamentalmente práctico, que habrán quedado resueltas durante la experimentación del curso. 1.7. BIBLIOGRAFIA - Baggio S., Blesa M.A., Fernandez H., "Química Inorgánica. Curso teórico-práctico", El Ateneo, Buenos Aires. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 11 - Brauer G., "Química Inorgánica Preparativa", Reverté, Barcelona (1958). - Burriel F., Lucera F., Arribas S., “Química Analítica Cualitativa” Paraninfo (1970). - Cotton F.A., Wilkinson G., Murillo C.A., "Química Inorgánica Avanzada", 6. ed. Wiley (1999). - Girolami G.S., RauChfuss T.B., Angelici R.J., ”Synthesis and Technique in Inorganic Chemistry. A Laboratory Manual”, 3 ed., University Science Books (1999). - Greenwood N.N., Earnshaw A., “Chemistry of the Elements", Pergamon Press, Oxford (2001). - Heslop R.B., Jones K. "Inorganic Chemistry. A Guide to Advanced Study", Elsevier, Amsterdam (1976). - Lide D.R. "Handbook of Chemistry and Physics", CRC Press: Boca Ratón, FL, (1995). - Nicholls D., Massey A.G., “Comprehensive Inorganic Chemistry”, Vol. 1, Pergamon Press Ltd (1973). - Pass G., Sutcliffe H., “ Practical Inorganic Chemistry”, 2 ed. Chapman and Hall (1988). - Rayner-Canham G. “Química Inorgánica Descriptiva”, Prentice Hall (2000). - Shapley J.R. (Ed.), “Inorganic Syntheses”, Vol. 34, Wiley-Interscience, John-Wiley & Sons, Inc. Publication (2004). - Sharpe A.G., “Inorganic Chemistry”, 3. ed. Exxes: Longman Scientific & Technical (1992). - Szafran Z., Pike R.M., Singh M., "Microscale Inorganic Chemistry. A Comprehensive Laboratory Experience", Wiley, New York (1991). - Tanaka J., Suib S.L., “Experimental Methods in Inorganic Chemistry”, Prentice Hall (1999). - Vasilieva Z.G., Granouskaia A.A., Taperova A.A., "Trabajos de Laboratorio de Química General e Inorgánica", Mir, Moscu (1986). - Wood, W.F., J. Chem. Educ., 61, 1024 (1984). - Woolins J.D. (Ed.), “ Inorganic Experiments”, Wiley-VCH Gmbh & Co. KGaA (2003). - Wulfsberg G. "Principles of Descriptive Inorganic Chemistry", Brooks and Cole, Monterey (1987). 12 Departamento de Química Inorgánica PRÁCTICA 1. TITANIO 1.1. Reacciones del Titanio. Material: Reactivos: 2 vasos de precipitados 100 ml Tubos de ensayo Varilla de vidrio Pinza de madera Cuentagotas Espátula Papel indicador Cloruro de titanio(III) (disol. 15%) Acido sulfúrico 2M Hidróxido sódico 6M Hidróxido sódico (lentejas) Hidróxido amónico 1M Hidróxido amónico (concentrado) Permanganato potásico 0.1M Peróxido de hidrógeno (20 vol) Floruro amónico (s) OBJETIVO La realización de esta práctica conlleva la comprobación de algunas reacciones características del titanio en disolución acuosa, como son: -Estudio del Ti(III) y Ti(IV) en función del pH. -Formación de peroxocompuestos y estabilidad de los mismos. -Paso de un estado de oxidación al otro. Figura 1. Diagrama de Pourbaix del Titanio PROCEDIMIENTO 1. Tomar 1 mL de una disolución de TiCl3 y diluir con 3 mL de agua destilada, a continuación añadir NaOH 6M hasta aparición de un precipitado. Dividir la suspensión en dos tubos: (a) Calentarlo al baño maria. (b) Añadir NaOH en exceso. 2. Repetir el ensayo anterior utilizando hidróxido amónico como base. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 13 3. Acidular 10 gotas de una disolución de TiCl3, preparada como en el apartado 1, con unas gotas de ácido sulfúrico 2M. Añadir unas gotas de peróxido de hidrógeno (20 volumenes). A la disolución resultante adicionarle una microespatula de floruro amónico sólido. 4. Añadir gota a gota permanganato potásico (0.1M) sobre 10 gotas de una disolución de TiCl3 , preparada como en el apartado 1, hasta la desaparición del color violeta. La disolución resultante se divide en tres tubos de ensayo a los que se adiciona respectivamente: a) Unas gotas de hidróxido sódico concentrado. b) Unas gotas de hidróxido amónico concentrado. c) Unas gotas de ácido sulfúrico 2M y peróxido de hidrógeno (20 volumenes). A la disolución resultante adicionar una microespátula de floruro amónico sólido. CUESTIONES 1.- Escribe todas las reacciones que tienen lugar. Describe todo lo que hayas observado: cambios de color, aparición de precipitados, etc… 2.- Comenta las propiedades ácido-base del óxido de titanio(III). 14 Departamento de Química Inorgánica PRÁCTICA 2. VANADIO 2.1. Reacciones del Vanadio Material Reactivos Gradilla de tubos de ensayo Metavanadato amónico (s) 1 Vidrio de reloj Hidróxido sódico (lentejas) 1 Vaso de 100 ml Acido clorhídrico 1M y 6M 1 Probeta de 10 ml Acido sulfúrico 2M 1 Espátula Sulfito sódico (s) 1 Cuentagotas Cinc (s) Papel indicador Peróxido de hidrógeno (20 vol) 1 Pinza de madera Fluoruro de amónico (s) OBJETIVO Comprobación del comportamiento del vanadio en disolución acuosa y en concreto: - Formación de diferentes oxoaniones mediante la variación de pH de una disolución de vanadio(V). - Reducción a estados de oxidación inferiores. - Formación de peroxocompuestos y estabilidad de los mismos. - Precipitación del pentóxido y síntesis por vía seca. Figura 2. Diagrama de Pourbaix del Vanadio Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 15 Figura 3. Diagrama de predominancia del Vanadio en función del pH. PROCEDIMIENTO Pesar 0.5 g de metavanadato amónico y añadir sobre él 3 lentejas de hidróxido sódico. Disolver todo en 10 ml de agua. Utilizarla la disolución resultante para los ensayos 1 al 3: 1. Adicionar una microespátula de sulfito sódico sólido y unas gotas de ácido clorhídrico 1M. 2. Acidular con ácido clorhídrico concentrado hasta que la disolución tenga color amarillo y añadir un trozo de cinc granulado. Observar los cambios que tienen lugar después de 60 minutos. 3. Añadir unas gotas de ácido sulfúrico 2M y de peróxido de hidrógeno. Añadir después fluoruro amónico en exceso. 4. En un tubo de ensayo añadir una microespatula de metavanadato amónico sólido y calentar fuertemente en un baño de arena . Identificar el gas que se produce y el sólido que se forma. 5. A una microespátula de metavanadato amónico sólido añadirle ácido clorhidrico concentrado. PREGUNTAS 1. Escribe las reacciones que tienen lugar en las diferentes pruebas e interprétalas en base a los cambios de color, aparición de precipitados, etc., obervados. 16 Departamento de Química Inorgánica 2.2. Síntesis del (VO)(PO4)(H2O)2 Material Reactivos Morterro Pentóxido de vanadio (s) Matraz de fondo plano (50 mL) Ácido fosfórico concentrado (l) Sistema de reflujo Ácido nítrico concentrado (l) Sistema de filtración a vacío con placa filtrante Acetona Probeta Agitador magnético Pinzas para sujetar el matraz al refrigerante Procedimiento : En un mortero moler aproximadamente 1.2 g de pentóxido de vanadio (V2O5). Colocar 0.96 g (5.28 mmoles) del polvo obtenido en un matraz de fondo plano de 50 mL de capacidad. Añadir sobre el sólido 11 mL de ácido fosfórico (H3PO4) concentrado, 11 mL de agua destilada y 10 gotas de ácido nítrico (HNO3) concentrado. Poner a reflujar la mezcla resultante durante 90 min. A continuación desmontar el reflujo y dejar enfriar a temperatura ambiente el contenido del matraz. Seguidamente filtrar en placa de vidrio. Lavar el producto amarillo resultante con cuatro porciones de 5 mL de H2O y seguidamente con dos porciones de 5 mL de acetona. Secar en corriente de aire. Recoger el sólido y pesarlo. Calcular el rendimiento de la reacción. Cuestiones 1.- Ajustar la reacción 2.- ¿En qué estado de oxidación se encuentra el vanadio en el producto preparado?. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II PRÁCTICA 3. 17 CROMO 3.1. Reacciones del Cromo Material Reactivos Destornillador Dicromato amónico (s) Dicromato potásico (s) Cápsula de Porcelana de 250 ml Cinc Dicromato potásico (0.1M) Vasos de Precipitados de 100 ml Tiocinato de potasio (0.5 M) Alumbre de cromo (0.1M) Vidrio de reloj Ácido sulfúrico (concentrado) Peroxidisulfato potásico (s) Tubos de ensayo Acido clorhídrico (concentrado) Hidróxido sódico 1M Cuentagotas Nitrato de plata 1M Eter Espátula Peróxido de hidrógeno (20 vol) Cloruro sódico (s) Pinza de madera Acetona Yoduro potásico 0.1M OBJETIVOS El objeto de estas pruebas es la comprobación experimental del comportamiento químico del cromo en: - Formación de diferentes oxoaniones de cromo(VI), en función del pH. - Formación de peroxocompuestos de cromo(VI). - Preparación de otros compuestos de cromo(VI), por vía seca. - Reacciones de oxidación-reducción del cromo(III) a cromo(VI) y (II) respectivamente. - Reactividad rédox en estado sólido para el cromo(VI). (NH 4)2Cr 2O 7 ∆ Cr 2O 3 NH 4+ AgCrO 4 Ag + CrO 42OH - CrO 2Cl 2 OH H+ - Cr 2O72- +e Cr(OH 2)63+ K+ H 2SO 4 H SO K2Cr 2O 7 2 4 CrO 3 NaCl Esquema 1. Diagrama de flujo del Cromo Figura 4. Diagramas de Frost de Cr. Figura 5. Especies de Cromo(VI) en función del pH. 18 Departamento de Química Inorgánica Figura 6. Diagrama de Pourbaix del Cromo PROCEDIMIENTO 1. En sendos tubos de ensayo que contienen 1 mL de dicromato potásico 0.1M añadir: a) Gota a gota hidróxido sódico 1M. b) Cuatro gotas de peróxido de hidrógeno (20 vol), cuatro de HCl (1M) y un volumen igual de éter c) Repetir el ensayo b) utilizando una disolución alcalina. Esperar al menos media hora para observar resultados y agitar. 2. En tubo de ensayo, añadir unas gotas de ácido sulfúrico concentrado sobre dicromato potásico sólido. Adicionar cloruro sódico sólido. Colocar en la boca del tubo un papel de filtro humedecido con unas gotas de yoduro potásico (0.1M) y calentar suavemente. . 3. En un vaso de precipitados de 100 mL, que contiene 1.0 g de dicromato potásico sólido, verter 1 ml de ácido clorhídrico concentrado y 1 ml de agua destilada. Calentar la mezcla resultante en un baño de arena, sin que llege a sequedad. Dejar reposar para enfriar, lavar el producto varias veces por decantación con acetona, y finalmente filtrar a vacío. 4. Añadir a una disolución de alumbre de cromo(III) 0.1M. a) Unas gotas de ácido clorhídrico cocentrado y un trozo de cinc. b) Peroxidisulfato de potasio (500 mg) y cinco gotas de nitrato de plata 1M. Calentar. Añadir más K2S2O8 si fuese necesario. PREGUNTAS 1.- Escribe todas las reacciones que tienen lugar en las diferentes pruebas, fundamentándolas en las observaciones realizadas. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 19 3.2. Síntesis del tetraperoxocromato(V) de potasio, K3[Cr(O2)4] Material Reactivos Vaso de precipitado (100 mL) Hidróxido potásico (s) Cristalizador grande Cromato potásico (s) Sistema de filtración a vacío con placa Sal Agitador magnético Agua oxigenada (30%) (l) Etanol (l) Hielo Sal Procedimiento : Disolver 2.0 g de K2(CrO4) y 2.0 g de KOH en 25 mL de agua destilada utilizando un vaso de precipitados de 100 mL de capacidad. Introducir el vaso de precipitados en un baño de hielo y sal. Manteniendo el vaso de precipitados en el baño de hielo y sal añadir gota a gota 13 mL de una disolución al 30% de H2O2. Mantener la mezcla resultante en el baño de hielo y sal durante 1 hr. Transcurrido este tiempo sacar el vaso de precipitados del baño de hielo y sal y mantener a temperatura ambiente durante unos minutos. A continuación, añadir suficiente cantidad de etanol para que precipite cuantitativamente un sólido de color amarillo. Filtrar a vacío y secar en corriente de aire el producto obtenido. Calcular el rendimiento del proceso. 20 Departamento de Química Inorgánica PRÁCTICA 4. MANGANESO 4.1. Reacciones del Manganeso Material Reactivos Tubos de ensayo Sulfato de manganeso(II) 0.1M Permanganato potásico Vaso de 100 ml Hidróxido sódico 1M Hidróxido sódico (s) Cuentagotas Peróxido de hidrógeno (20 vol.) Acido sulfúrico (concentrado) Papel indicador Acido clorhídrico 1M Bismutato sódico (s) Pinza de madera Acido nítrico 1M Yoduro potásico 0.1 M Espátula OBJETIVO 1. Comprobar una serie de reacciones típicas del manganeso(II) en disolución acuosa como: - pH al que precipita el hidróxido. - reacciones de oxidación a manganeso(IV) y (VII). 2. Obtener otros estados de oxidación del manganeso muy inestables. Figura 7. Diagrama de Frost del Mn Figura 8. Diagrama de Pourbaix del Mn Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II MnO 4+e- +e- Mn(OH 2)62+ 21 OH - Mn(OH) 2 -e- MnO(OH) +eOH - MnO 2 MnO 4= +e Esquema 2. Diagrama de Flujo del Mn PROCEDIMIENTO 1. Utilizar 1 mL de una disolución de sulfato de manganeso(II) 0.1M para los siguientes ensayos y adicionar: a) Hidróxido sódico 1M. b) Un ml de hidróxido sódico 1M y 1 ml de peróxido de hidrógeno. Filtrar con embudo y papel de filtro, lavar el precipitado con agua y calentarlo en baño de arena con ácido clorhídrico diluido. Comprobar el desprendimiento de cloro. c) Un ml de ácido nítrico1M y una microespátula de bismutato sódico. Calentar si es necesario. 2. Utilizando permanganato potásico sólido: a) Utilizando un vaso de precipitados de 100 mL, añadir una pequeña cantidad (dos microespátulas) de permanganato a una disolución muy concentrada de hidróxido sódico (seis lentejas en 5 mL de agua) y hervir. Enfriar la disolución y acidular con 1 mL de ácido HCl concentrado. PREGUNTAS 1.- Escribe todas las reacciones que tengan lugar e interprétalas en base a las observaciones realizadas. 22 Departamento de Química Inorgánica 4.2. Síntesis del tris(acetilacetonato)manganeso(III): Mn(acac)3 Material Reactivos Vasos de precipitados Cloruro de manganeso(II) tetrahidratado (s) Cristalizador Acetato de sodio trihidratado (s) Hielo Acetilacetona (l) Agitador magnético Permanganeto potásico (s) Sistema de filtración a vacío con placa filtrante Termómetro Procedimiento : Disolver cloruro de manganeso(II) tetrahidratado (2.5 g) y acetato de sodio trihidratado (6.5 g) en 100 mL de agua destilada. Mientras se agita mecánicamente la disolución añadir gota a gota acetilacetona (2,4-pentanodiona) (10.5 mL). Tratrar la disolución bifásica resultante con disolución de permanganato potásico (0.5 g en 25 mL de agua destilada). Después de unos cinco minutos añadir gota a gota, manteniendo la agitación mecánica, una solución de acetato de sodio (6.5 g del trihidrato disueltos en 25 mL de agua destilada). Calentar la mezcla resultante durante unos 10 minutos a 60 °C, manteniendo la agitación. Posteriormente, enfriarla en baño de hielo hasta que precipite cuantitativamente el producto formado. Filtrarlo a vacío. Finalmente, lavar dos veces el sólido resultante con agua fría. Secar en corriente de aire. Calcular el rendimiento de la reacción. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II PRÁCTICA 5. 23 HIERRO 5.1. Síntesis del sulfato de hierro(II): FeSO4 Material Reactivos Vaso de 250 ml Hierro en polvo Fiola o kitasatos Ácido sulfúrico 2M Placa filtrante Un clavo de hierro Vidrio de reloj Etanol PROCEDIMIENTO En el interior de la vitrina, se dispone un vaso de 250 ml, en el cual se introducen 10 g de hierro y se añaden 200 ml de ácido sulfúrico 2M. Se calienta sin hervir hasta disolución. En presencia de un clavo de hierro, para evitar la oxidación, se concentra la disolución y se deja cristalizar. Los cristales filtrados se lavan con alcohol etílico. PREGUNTAS 1.- Rendimiento de la reacción. 2.- ¿Hasta qué volumen has reducido la disolución y por qué? 3.- Qué tipo de cristales has obtenido? Explícalo. 5.2. Reacciones del hierro Material Reactivos Gradilla de tubos de ensayo Sulfato de hierro(II) 0.1M Cloruro de hierro(II) (s) Cuentagotas Cloruro de estaño(II) (s) Tiocianato amónico 1M Espátula Hidróxido sódico (s)/1M Fluoruro amónico (s) Vaso de precipitados 100 ml Hidróxido amónico 1M/conc. Peróxido de hidrógeno (3%) Vidrio de reloj Cloruro de hierro(III) (s) OBJETIVOS La realización de esta práctica supone la comprobación de algunas reacciones sencillas del hierro(II) y (III) en disolución acuosa, como son: - Precipitación del hidróxido de hierro(II). - Formación de complejos con amoníaco, tiocianato, fluoruro… - Paso de Fe(II) a Fe(III) y viceversa. 24 Departamento de Química Inorgánica Fe(S 2O 3)2S2O 3 = Fe(OH 2)63+ -e+e- Fe(OH 2)62+ OH - FeO(OH) -e+e- OH -eOH - Cl 2 FeCl 3 Fe HCl FeCl 2 Fe(OH) 2 Esquema 3. Figura 9. Especies de Fe(II) en función del pH Figura 10. Diagrama Pourbaix del Fe PROCEDIMIENTO 1. Preparar una disolución de sulfato de hierro(II) y utilizando 3 ó 4 gotas, añadir: a) Gota a gota hidróxido sódico 1M hasta la aparición de un precipitado. Adicionar una o dos lentejas de hidróxido sódico hasta la redisolución del precipitado, y posteriormente unas gotas de peróxido de hidrógeno. b) Repetir el ensayo anterior empleando hidróxido amónico 1 M en lugar de sosa. 2. Sobre una disolución de sulfato de hierro(III), preparada con una microespátula de la sal en 2 ó 3 mL de agua, añadir dos gotas de tiocianato amónico 1M. Dividir la disolución resultante en dos partes: a) Añadir un poco de fluoruro amónico. b) Añadir cloruro de estaño(II). Calentar si es preciso. PREGUNTAS 1.- Escribe todas las reacciones que tienen lugar. Describe todo lo que hayas observado. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 25 5.3. Sal de Mohr. (NH4)2[Fe(H2O)6](S04)2 A continuación se desarrolla el método preparativo de una sal de hierro(II) estable al aire una vez que ha sido aislada en estado sólido. Este hecho contrasta con la gran tendencia del hierro a presentarse como hierro(III) en disolución acuosa, e incluso con la inestabilidad de otras sales comunes de hierro(II) en sólido (acetato, cloruro, perclorato, sulfato, etc). Precaución!!. Recuérdese añadir siempre el ácido sulfúrico concentrado sobre el agua, y nunca a la inversa. El calentamiento de la suspensión de limaduras de hierro ha de llevarse a cabo en vitrina. Material Reactivos Vasos de precipitados de 100 ml Cristalizador Limaduras de hierro Probeta Papel de filtro Ácido sulfúrico concentrado Pipeta Pasteur Enbudo cónico Carbonato amónico Placa calefactora Fiola y Buchner Etanol PROCEDIMIENTO Diluir con precaución 1.0 g de ácido sulfúrico concentrado (96%, d= 1.84 gcm-3) en unos 20 ml de agua, dividiendo el volumen en dos partes iguales. A una de las partes se añaden 0.3 g de limaduras de hierro. Se observará una efervescencia debida al desprendimiento de gases, con formación simultánea de sulfato de hierro(II). Para favorecer la velocidad de la reacción se puede calentar ligeramente en vitrina, previa introducción de un clavo de hierro en la disolución. A la otra parte se añade carbonato amónico pulverizado hasta neutralizar la disolución. Medir el pH con papel indicador. Observar el desprendimiento gaseoso que tiene lugar en la formación del sulfato amónico. Las disoluciones obtenidas se filtran por separado, previa adición de unas gotas de ácido sulfúrico diluido en el papel de filtro. Se mezclan ambas disoluciones, se agita en presencia de un clavo y se deja cristalizar enfriando la disolución en un baño de hielo. La adición de alcohol, aproximadamente 5 mL, favorece una cristalización más rápida. CARACTERIZACIÓN Indíquense pruebas analíticas cualitativas para detectar la presencia de agua, sulfato, amonio y hierro(II) en el sólido formado. Hágase reaccionar una disolución de sal de Mohr con una disolución de hexacianoferrato(II) y explicar los cambios observados. RESIDUOS Tanto los resíduos de limaduras de hierro, como la propia sal de Mohr deben ser vertidos en el recipiente de residuos de hierro dispuesto a tal efecto. 26 Departamento de Química Inorgánica PREGUNTAS 1.- Indicar razonadamente todas las reacciones que tienen lugar y cacular el rendimiento. 2.- Describir la estructura y características del compuesto. 3.- ¿Cuál es el motivo por el que introducimos el clavo en la disolución? 4.- ¿Por qué añadimos ácido sulfúrico diluido al papel de filtro? 5.4. Síntesis del oxalato de hierro(II) dihidratado: Fe(C2O4).2H2O Material Reactivos Vasos de precipitados Sulfato de hierro(II) y amonio (s) : (NH4)2[Fe(H2O)6](S04)2 Probeta Ácido sulfúrico (2M) (l) Sistema de filtración a vacío con placa filtrante Ácido oxálico (s) Agitador magnético Procedimiento : Disolver sulfato de hierro(II) y amonio, (NH4)2[Fe(H2O)6](S04)2, (4 g) en 12.5 mL de agua destilada que ha sido previamente acidificada con aproximadamente 0.5 mL de ácido sulfúrico 2M. Añadir a la disolución resultante otra disolución de ácido oxálico (2.5 g en 15 mL de agua destilada) y hervir mientras se agita. Filtrar el precipitado amarillo resultante a vacío y lavarlo varias veces con agua caliente. Finalmente, lavar con acetona y secarlo en corriente de aire. Calcular el rendimiento de la reacción. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II PRÁCTICA 6. 27 COBALTO 6.1. Reacciones del Cobalto Material Reactivos Gradilla de tubos de ensayo Cloruro de cobalto(II) Cloruro de mercurio(II) 0.1M Cuentagotas Hidróxido sódico (s) /1M Fluoruro amónico (s) Papel indicador Peróxido de hidrógeno (3%) Nitrito potásico (s) Espátula Hidróxido amónico 1M y conc. Acido acético 2M Vidrio reloj Tiocianato amónico (s) Cloruro sódico (s) Acetona Eter etílico OBJETIVOS Verificar el comportamiento en disolución acuosa de los iones Co(II) y Co(III), mediante: - Precipitación de los hidróxidos - Formación de tiocianocomplejos y su estabilidad - Formación de complejos amoniacales, nitrocomplejos y clorocomplejos Figura 11 . Diagrama Pourbaix del cobalto CoCl 42Cl - Co(OH 2)63+ -e+e- OH - Co(OH 2)62+ NH 3 Co(NH 3+ 3)6 O2 Co(NH H+ OH - Co(OH) 42- Co(OH) 2 O2 2+ 3)6 Esquema 4. Reacciones del cobalto CoO(OH) 28 Departamento de Química Inorgánica PROCEDIMIENTO Utilizar una disolución de cloruro de cobalto(II) 1M. 1. Añadir gota a gota una disolución de hidróxido sódico 1M. ¿Se redisuelve el precipitado formado con exceso de reactivo?. Probar con hidróxido sódico sólido. Adicionar peróxido de hidrógeno. 2. Repetir el ensayo anterior con hidróxido amónico, sin adicionar H2O2. 3. Añadir nitrito potásico sólido y acidular con ácido acético 2M. 4. Añadir cloruro sódico y calentar fuertemente. 5. (En vitrina) Disolver en aproximadamente 25 mL de agua destilada 100 mg de CoCl2, 300 mg de tiocianato amónico sólido y 210 mg de HgCl2. Calentar hasta ebullición. Filtra a vacío el sólido azul, lavar varias veces con agua y secar en corriente de aire, y posteriormente en estufa. Calcular el rendimiento de la reacción. PREGUNTAS 1.- Escribe todas las reacciones que tengan lugar en las diferentes pruebas relacionándolas con las observaciones realizadas en el desarrollo de las mismas. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 29 6.2. Síntesis del nitrato de carbonatotetramincobalto(III), [Co(NH3)4(CO3)](NO3) Material Reactivos Vasos de precipitado Carbonato de amonio Cristalizador grande Amoníaco concentrado (l) Sistema de filtración a vacío con placa filtrante Nitrato de cobalto(II) hexahidratado Hielo Agua oxigenada (30%) (l) Etanol (l) Procedimiento : Adicionar 20 g (0.21 moles) de carbonato de amonio (NH4)2(CO3) sobre 60 mL de agua destilada y seguidamente añadir 4 mL hidróxido amónico concentrado. Mientras se agita, añadir esta disolución a otra disolución que contenga 15 g (0.052 moles) de Co(NO3)2.6H2O en 30 mL de agua destilada. Añadir a la mezcla resultante 8 mL de H2O2 al 30%. Transferir esta mezcla a un vaso de precipitados de 250 mL de capacidad y evaporar sin que hierva hasta un volumen de aproximadamente 80 mL. A continuación, mientras se está evaporando añadir en pequeñas porciones 5 g (0.05 moles) de (NH4)2(CO3). Filtrar en caliente y al vacío la mezcla resultante, dejar enfriar el filtrado y que evapore lentamente hasta la aparición de cristales. Los cristales rojos que aparecen se separan por filtración a vacío. Lavar el producto obtenido con unos pocos mL de agua destilada y posteriormente con una cantidad similar de etanol. Calcular el rendimiento de la reacción. 30 Departamento de Química Inorgánica PRÁCTICA 7. NÍQUEL 7.1. Reacciones del níquel Material: Reactivos Pinza de madera Hidróxido sódico (s)/1M Ácido clorhídrico 1M Papel indicador Hidróxido amónico (s)/1M Sulfato o cloruro de níquel(II) Tubos de ensayo dimetilglioxima OBJETIVOS Verificar algunas reacciones sencillas del Ni(II), en disolución acuosa, como: - Intervalo de pH en el que precipita el hidróxido. - Formación y estabilidad de los complejos que forma con dimetilglioxima. NiCl 42Cl - Ni(OH 2)63+ CO ∆ - Ni -e Ni(OH 2)62+ H+ Ni(OH) OH - 2 NH 3 Ni(NH 3)62+ Esquema 5. Reacciones del níquel PROCEDIMIENTO Utilizar una disolución de sulfato o cloruro de níquel(II). 1. Examinar el efecto del hidróxido sódico 1M y del hidróxido amónico 1M. Probar también con ambos reactivos concentrados. 2. Investigar el efecto de la dimetilglioxima a diferentes pH (HCl 1M, H2O, NaOH 1M). Dimetilglioxima (DMG) [Ni(DMG)2] Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 31 PREGUNTA 1.- Escribe todas las reacciones que tienen lugar en base a las observaciones realizadas. 7.2. Síntesis y cristalización del sulfato de níquel(II) y amonio: (Ni,NH4)2(SO4)3 Material Reactivos Vasos de precipitado Sulfato de níquel(II) Sistema de filtración a vacío con placa filtrante Sulfato de amonio Procedimiento : Añadir sulfato de níquel(II) (4.5 g) y sulfato de amonio (2.0 g) a 15 mL de agua destilada caliente. Disolver el precipitado resultante con la mínima cantidad de agua necesaria, mientras se calienta y se agita mecánicamente. Filtrar en caliente por gravedad, y dejar a evaporar lentamente hasta la aparición de cristales. Filtrar a vacío los cristales obtenidos y secar en corriente de aire. Calcular el rendimiento de la reacción. 32 Departamento de Química Inorgánica PRÁCTICA 8. COBRE 8.1. Reacciones del cobre Material Reactivos Cuentagotas Sulfato de cobre(II) pentahidratado (s) Cinc Pinza de madera Hidróxido sódico 1M Hidróxido amónico 1M Gradilla de tubos de ensayo Hipoclorito sódico 1M Iodato potásico 1M Espátula Acido clorhídrico 1M Ioduro potásico 1M Papel indicador Peroxodisulfato potásico (s) Tetracloruro de carbono Vaso de 100 ml Embudo de decantación OBJETIVO Comprobación de algunas reacciones sencillas del cobre, como: - Estabilidad del sistema cobre(II)/cobre(I) en presencia de cianuro. - Precipitación del hidróxido. - Paso a cobre(III) y cobre(I) CuCl 2- CuCl 42Cl- HCl Cu Zn -e- Cu(OH 2)62+ NH 3 H+ OH - H+ CuO Cu(OH) 2 H+ OH - ∆ Cu(NH 3)42+ Esquema 6. Reacciones del cobre Figura 12. Diagrama Pourbaix del cobre Cu(OH) 42- Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 33 PROCEDIMIENTO Utilizar una disolución de sulfato de cobre(II) pentahidratado 1M. 1. Añadir hidróxido sódico 1M y posteriormente hidróxido sódico sólido. 2. Añadir hidróxido sódico sólido y hervir. 3. Añadir hidróxido amónico concentrado. 4. (En vitrina) Añadir hidróxido sódico 1M y después hipoclorito sódico. Acidular con HCl concentrado e identificar el gas liberado. 5. Añadir un trozo de cinc. 6. Calentar el sulfato de cobre pentahidratado sólido. 7. En un vaso de precipitados de 100 ml, disolver 100 mg de CuSO4.5H2O y 200 mg de KI, en aproximadamente 15 mL de agua destilada. Utilizando un embudo de decantación, extraer el I2 formado en la reacción con 5 ó 6 porciones de 25 mL de CCl4. PREGUNTAS 1.- Escriba todas las reacciones que tienen lugar en los diferentes ensayos. 2.- ¿Qué has observado en el ensayo 6 y a qué lo atribuyes? 8.2. Cementacíon del cobre La cementación es una técnica aplicada en el tratamiento y protección de superficies metálicas con recubrimientos metálicos que evitan su corrosión, origen principal de los fallos en las estructuras. De un modo muy conciso y desde el punto de vista de la industria metalúrgica, se puede decir que la cementación consiste básicamente en un proceso de difusión sólido-sólido en el que se generan aleaciones cuando sobre el metal que se desea proteger se deposita un segundo metal obtenido in situ por reducción. Bajo el punto de vista analítico, la cementación es una técnica que permite eliminar cationes metálicos como Cu2+ de las disoluciones empleando Fe. En esta práctica se pretende obtener Cu a partir de una disolución de Cu2+ con Fe, de modo que el Fe reduzca los cationes Cu2+ hasta Cu, depositándose sobre él. El potencial normal de reducción del par Cu2+/Cu es 0.34 v, lo que explica que pueda ser reducido al estado elemental por un gran número de metales, en concreto por el hierro, para el que E0Fe2+/Fe = -0.44 v. Precaucion!!! Se debe añadir el triple de la cantidad estequiométrica de Fe a la disolución de sulfato de cobre(II) para acelerar el proceso de reducción hasta Cu. El exceso de Fe añadido deberá eliminarse de la forma explicada en la descripción experimental. En este proceso se genera hidrógeno, por lo que deberá llevarse a cabo en la vitrina lejos de cualquier llama. 34 Departamento de Química Inorgánica Material: Reactivos Vaso de 100 y 250 ml Sulfato cobre(II) pentahidrato Pipeta Pasteur Hierro en polvo o en virutas Placa calefactora Nitrato amónico (%25) Vidrio de reloj Ácido clorhídrico (6M) Cuentagotas Espátula PROCEDIMIENTO En un vaso de 250 ml, disolver 2 g de sulfato de cobre (II) pentahidratado en 50 ml de agua. A continuación añadir 1.34 g de hierro (virutas o en polvo). Se agita la disolución hasta que el color azul de la disolución desaparece. La redución total del cobre de la disolución de sulfato de cobre(II), además de por la decoloración se debe comprobar mediante el siguiente procedimiento. A un 1 ml de la disolución obtenida se le adiciona hidróxido amónico. La aparición de un precipitado de color azul intenso indica que en la disolución hay restos de cobre(II), por lo que la reacción de reducción no se ha completado. Para eliminar el residuo de hierro que no ha reaccionado en la vitrina se añade a la disolución obtenida ácido clorhídrico 6M y se agita. Se calienta hasta que desaparezca el despredimiento de gas que se produce inicialmente y desaparezca por completo los restos de hierro. El cobre se filtra a vacio. RESTOS Los restos de cobre y hierro tanto en sólido como en disolución se deben eliminar en los recipientos colocados para ello. PREGUNTAS 1.- Describe todas las reacciones que tengan lugar en la práctica. 2.- La adición de hidróxido amónico da lugar a la aparición de un precipitado azul. ¿Por qué?. Si en la disolución no hay iones Cu2+ indica el color y composición del precipitado. 3.- ¿Por qué se utiliza ácido clorhídrico para eliminar el exceso de hierro?. Indica la reacción. ¿Es conveniente añadir ácido sulfúrico en lugar de ácido clorhídrico? 4.- La reducción de cobre, puede dar lugar al ión Cu+ ? Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 35 8.3. Síntesis en condiciones anhidras del CuCl2.2DMSO Material Reactivos Vasos de precipitados Cloruro de cobre(II) (s) Probeta Dimetilsulfóxido [(CH3)2S=O] (l) DMSO Agitador magnético Etanol absoluto (l) Sistema de filtración a vacío Etanol (l) Pipeta y succionador mecánico Procedimiento: Colocar 150 mg (1.11 mmol) de cloruro de cobre(II) en una vaso de precipitados de 100 mL, previamente secado. Añadir 5 mL de etanol absoluto (la pipeta debe estar completamente seca) y agitar la mezcla hasta disolución completa de la sal. Manteniendo la agitación añadir lentamente 0.25 mL de dimetilsulfóxido (medidos con la pipeta completamente seca). Inmediatamente se produce una reacción exotérmica que origina un precipitado verde claro. Agitar la mezcla durante unos minutos y recoger el producto por filtración a vacío. Lavar el producto con dos porciones de 0.5 mL de etanol frío y dejar secar en corriente de aire. Calcular el rendimiento de la reacción. Espectro Infrarrojo del CuCl .2DMSO 2 100 %transmitancia 80 60 40 20 ν (S=O) 0 4000 3500 3000 2500 2000 -1 v(cm ) 1500 1000 500 36 Departamento de Química Inorgánica PRÁCTICA 9. GRUPO 12 9.1. Reacciones de los elementos del grupo 12 Material Reactivos Cuentagotas Cinc Sulfato de cinc(II) Varilla de vidrio Hilo de cobre Acetato de cadmio(II) Espátula Sulfuro sódico Cloruro de mercurio(II) Vasos de 250 y 100 ml Ioduro potásico Ácido nítrico 1M Pinza de madera Ácido clorhídrico (%35) Pinza de metal Hidróxido de amonio (4M y 2M) Vidrio-reloj Ácido nítrico (concentrado) Papel indicador Hidróxido de sodio (4M y 2M) OBJETIVO Esta práctica tiene como objetivo analizar los siguientes puntos: - Propiedades ácido-base del cinc. - Precipitación de hidroxidos, sulfuros y yoduro. - Reacción redox del cobre. Zn +eH + Zn(OH 2)62+ H+ OH - Zn(OH) 2 Zn(OH) 24 ∆ H+ NH 3 H+ OH - ZnO Zn(NH 3)42+ ∆ ZnCO 3 Esquema. Reacciones del Cinc PROCEDIMIENTO 1. Tratar Zn (granalla) con unas gotas de HCl (conc), y por separado con unas gotas de HNO3 (conc) en dos tubos de ensayo distintos. 2. Colocar en diferentes tubos de ensayo disoluciones de ZnSO4, 0,1 M, Cd(AcO)2, 0,1 M y HgCl2, 0,1 M y añadir a cada una de ellas un pequeño hilo de cobre. Dejar reaccionar un periodo de tiempo largo. 3. Colocar en diferentes tubos de ensayo 2 mL de disoluciones de ZnSO4, 0,1 M, Cd(AcO)2, 0,1 M y HgCl2, 0,1 M y añadir a cada una de ellas gota a gota disolución de NaOH 2M con agitación. Tratar con exceso de reactivo concentrado los precipitados formados. Experimentación en Síntesis de Química Inorgánica II 37 4. Repetir el ensayo anterior con hidróxido de amonio 2M. 5. Colocar en diferentes tubos de ensayo 2 mL de disoluciones de ZnSO4, 0,1 M, Cd(AcO)2, 0,1 M y HgCl2, 0,1 M y añadir a cada una de ellas gota a gota disolución de Na2S con agitación. Sobre los precipitados obtenidos añadir gota a gota HCl concentrado. En los casos en los que no haya redisolución añadir gota a gota HNO3 concentrado. 6. Colocar en diferentes tubos de ensayo 2 mL de disoluciones de ZnSO4, 0,1 M, Cd(AcO)2, 0,1 M y HgCl2, 0,1 M y añadir a cada una de ellas gota a gota disolución de KI con agitación. Sobre los precipitados obtenidos añadir exceso de reactivo. PREGUNTAS 1.- ¿Qué ensayo utilizarías para identificar el estado de oxidación de una disolución que contenga mercurio? 2.- ¿Por qué crees que la adición de HCl sobre una disolución de Hg22+ estabiliza el estado de oxidación +I mientras que la adición de NaOH o KCN conduce a su desestabilización? 3.- Proponer dos métodos distintos para preparar Hg2Cl2. 4.- Proponer una estrategia química que permita separar e identificar los iones Zn2+, Cd2+ y Hg2+ a partir de una disolución que contenga los 3. 5.- ¿Por qué al adicionar Na2CO3 sobre una disolución de ZnSO4 se desprende CO2 mientras que al hacerlo sobre una disolución de CaCl2 no?
