Carácter Acido de Cationes y Propiedades Anfóteras de Hidróxidos PDF

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Summary

Las interacciones ácido-base de Lewis entre los iones metálicos y los ligandos en la fase
gaseosa son esenciales para comprender las interacciones ácidas de Lewis en solución. La
fuerza con la que los ligandos no identificados particulares se unen a un ion metálico es una
guía para...

Description

División de Ciencias Básicas e Ingeniería Departamento de Química Práctica 3

“Carácter Acido de Cationes y Propiedades Anfóteras de Hidróxidos” Licenciatura en Química Lugar de realización: Laboratorio de Docencia en Química Laboratorio T-043 Profesor: Ana María Soto Estrada Presenta José Luis Sosa Juárez Luis Fernando Sánchez Carlos García Ramírez

Fecha de entrega 17/10/18

0

i.

Intro Introdu du ducció cció cción n

Las interacciones ácido-base de Lewis entre los iones metálicos y los ligandos en la fase gaseosa son esenciales para comprender las interacciones ácidas de Lewis en solución. La fuerza con la que los ligandos no identificados particulares se unen a un ion metálico es una guía para la elección de los átomos donantes para ese ion metálico, y se considera la preferencia de los átomos donantes para diferentes iones metálicos. Una comprensión de los factores que controlan las interacciones ácido-base de Lewis en una solución acuosa es importante para comprender el funcionamiento de los iones metálicos en la biología. La acidez de una especie química consiste en, según la definición de Brønsted-Lowry, bajar el pH del agua cuando alguna de sus sales se encuentre disuelta, o, de acuerdo a la definición de Lewis, aceptar un par de electrones. Esta propiedad se ha visto relacionada con la carga y el tamaño del ión, usando así la razón Z2/r como una manera de caracterizar la acidez de cationes. Si éstos son ácidos, pueden sufrir reacciones de hidrólisis, que es la interacción con moléculas de agua dentro de su esfera de coordinación; de manera que si estos cationes no son ácidos, sólo se formarán iones hidratados. Una representación del carácter ácido de los cationes, ya sea debil, moderado, fuerte o muy fuerte es que formará soluciones ácidas con algún nivel de pH rondando entre el 0 y el 7. Los cationes ácidos débiles formarán en su reacción de hidrolisis hidroxicationes; los cationes ácidos moderados y fuertes, hidróxidos de metal, que pueden ser solubles o insolubles. La ecuación de la reacción de formación de un hidróxido de metal es: Z[M(OH2)5(OH)](Z-1)+ ↔ M(OH)Z + (Z-1) [M(OH2)6]Z+ La reacción de formación del óxido insoluble es: M(OH)Z(S) ↔ MOZ/2(S) + Z/2 H2O Debido a que la hidrólisis es una reacción que involucra ácidos y bases, se le puede asociar una constante de reacción denotada como Ka, tiene una relación con los valores de pH ya que a valores bajos de éste, se considera una extensión de la hidrólisis que incrementa con la carga de catión y con la electronegatividad de Pauling (χP) y decrece con el radio del catión. La reacción puede representarse de la siguiente manera: [M(OH2)6]Z+ + H2O ↔ [M(OH2)5(OH)](Z-1)+ + H3O+

1

ii.

Obje Objetivo tivo tivoss

Tener un análisis cualitativo del grado de acidez de algunos cationes por medio de su reacción de hidrólisis. Se clasificarán a los ácidos de acuerdo al grado de comportamiento como no ácidos, débiles, moderados, fuertes y muy fuertes usando el pH de cada solución. iii.

Desa Desarroll rroll rrollo o ex exper per perimen imen imental tal

Se tomaron 8 tubos de ensayo y se etiquetaron con el nombre de la sal que se iba añadir, se colocaron 3 ml de agua en cada uno, dejando como referencia de pH del agua uno de ellos, en los otros siete se colocaron pequeñas cantidades; lo mínimo que se podía tomar con la espátula de las siguientes sales: KCl, CaCl2, Pb(NO3)2, ZnCl2, FeCl3, AlCl3, SnCl2 y LiCl, se agitaron con una varilla de vidrio y utilizando tiras reactivas se midieron sus respectivos pH’s para observar el cambio con respecto al pH original del agua, se tuvo especial atención al añadir las sale de y AlCl3, ya que es altamente exotérmicas y pueden llegar a proyectarse. En dos tubos de ensayo etiquetados en la parte superior con el nombre de la sal que contenía cada uno, se le agregaron fracciones de las soluciones acuosas de Sn(OH)2 y Pb(NO3)2 1M, a la solución de Plomo se le añadieron gotas de una solución previamente preparada de NaOH 1M, formándose un precipitado en el fondo del tubo. En otros dos tubos etiquetados en la parte inferior con el nombre de la solución que contenían se agregaron fracciones de las mismas mezclas y se añadieron gotas de HNO3 a los tubos que fueron etiquetados en la parte superior, y gotas de NaOH 1M anotando las diferencias entre ambas. En un tubo de ensayo se agregó solución 1M de SnCl2, se le añadió una gota de solución 1M de NaOH formándose un precipitado, se le siguió agregando hasta que se disolviera el precipitado completamente, ya disuelto se agregaron unas gotas de solución concentrada de Bi(NO3)3, hasta observar la formación de Bismuto metálico. iv.

Res Resultad ultad ultados os EExpe xpe xperime rime rimenta nta ntales les Hidrólisis de Sales de Cationes: KCl, CaCl2, Pb(NO3)2, ZnCl2, FeCl3, AlCl3 y SnCl2 A cada tubo de ensaye se le adicionaron 3 ml de agua desionizada y una mínima cantidad de la sal y se agito hasta disolver. En la tabla 1 se muestra el pH de cada solución.

2

Tabla 1. Solución acuosa y pH de las sales disueltas

T Ambiente /24 °C Muestra 0 1 2 3

Sal + agua desionizada H 2O KCl CaCl2 Pb(NO3)2

Aspecto

pH

incoloro incoloro incoloro incoloro

6 6 5 5

4 5 6 7 8

ZnCl2 FeCl3 AlCl3 SnCl2 LiCl

incoloro incoloro incoloro incoloro incoloro

7 5 4 0 7

Propiedades Anfóteras de los Hidróxidos de Estaño(II) y Plomo(II) Se dividió en dos partes las soluciones obtenidas anteriormente ( la solución de la muestra 3 y 7) para observar las propiedades anfóteras de las sales disueltas en aguas, por lo que se observó la formación de precipitado en ambos medios (ácido y básico) por lo que las especies de estaño y plomo presentan propiedades ácido-base y, por lo tanto, son anfóteros. Tabla 2 Propiedades anfóteras del estaño y plomo Muestra 1 2 3 4

Compuesto/H2O Pb2+ Sn(OH2)62+ Pb2+ Sn(OH2)62+

Adición NaOH HNO3 HNO3 NaOH

pH No se determino No se determino No se determino No se determino

Figura 1. Estaño y plomo en medio ácido y básico

3

Observaciones Se formo precipitado Se formo precipitado Se formo precipitado Se formo precipitado

Propiedades Reductoras de Estaño(II) en Medio Básico A la solución de SnCl en medio acuoso se le añadió NaOH hasta disolver el precipitado y añadir unas cuantas gotas de Bi(NO3)3. Agitar hasta observar la formación del bismuto metálico, esta reacción redox donde el estaño se oxida 2+/4+ y la reducción del bismuto 3+/0

Reacción Redox

Figura 2 Bismuto metálico v.

Co Conclu nclu nclusión sión

Las sales de metales al ser disueltas en agua pueden cambiar ya sea de forma moderada o drástica la concentración de protones o iones hidronio en ella, es decir su pH, dependiendo de la capacidad del ion que se separa del metal al disociarse la sal, estos cambios se pueden medir utilizando un papel especial que cambia de color debido al cambio en su estructura que se da por la protonación o deprotonación ocurrida en él. Dichas sales pueden aumentar el pH o disminuirlos, aunque existen casos en las que una sal puede comportarse de las dos maneras, a estas especies se les llaman anfóteros y pueden provocar la protonación o desprotonación en una solución, dependiendo del medio en el que se encuentre como ocurre con la especie de Sn y Pb.

4

Cue Cuestion stion stionario ario pre previo vio 1) Cla Clasifiq sifiq sifique ue a ca cada da uno de los cation cationes es de acue acuerdo rdo a su carácte arácterr ácido. Pue Puede de usar la razó razón n z^2 z^2/r /r o cal calcula cula cularr la pKa para clasif clasificarlos icarlos icarlos.. Ord Ordene ene a los cati catione one oness en ord orden en cr crecie ecie eciente nte de ccarác arác arácter ter ácido ácido.. Carga (Z+)

Radio (r/pm)

Z2/r

χP

CarácterÁcido

KCl

+1

152

0.006579

0.82

Muy Debil

CaCl2

+2

114

0.035088

1.00

Muy débil

Pb(NO3)2

+1

133

0.007519

2.33

Muy débil

ZnCl2

+2

88

0.045455

1.65

Débil

SnCl2

+2

118

0.033898

1.96

Débil

AlCl3

+3

67

0.134328

1.61

Moderado

LiCl

+1

90

0.011111

0.98

Moderado

FeCl3

+3

78

0.115385

1.83

Fuerte

Compuesto

2) Ord Ordene ene a las solu solucion cion ciones es de los ccation ation ationes es een n ord orden en d desce esce escende nde ndente nte d de e pH pH.. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

SnC SnCl2 l2 AlC AlCl3 l3 CaC CaCl2 l2 FeC FeCl3 l3 Pb( Pb(NO3 NO3 NO3)2 )2 KCl LiCl ZnC ZnCl2 l2

3) Cot de lo orden de pH de las solu Coteje eje el orde orden nd de e acide acidezz de loss ccation ation ationes es con el orden solucion cion ciones es y d diga iga la rela relación ción que hay del p pH Hd de e las ssoluc oluc olucione ione ioness con las p prop rop ropiedad iedad iedades es ácida ácidass de los ccation ation ationes. es. Orden Creciente

3

Carácter Ácido

pH

1

ZnCl2

KCl

2

LiCl

CaCl2

KCl

Pb(NO3)2

5

4

Pb(NO3)2

ZnCl2

5

FeCl3

SnCl2

6

CaCl2

AlCl3

7

AlCl3

LiCl

8

SnCl2

FeCl3

4) Esc Escriba riba las reacci eacciones ones de hidró idrólisis lisis de ca cada da uno de lo loss cati catione one oness e in indique dique cual es la esp especie ecie ffinal inal inal.. [K(OH2)6]+ + H2O ↔ [K(OH2)5(OH) + H3O+ [Ca(OH2)6]2+ + H2O ↔ [Ca(OH2)5(OH)]+ + H3O+ [Pb(OH2)6]2+ + H2O ↔ [Pb(OH2)5(OH)]+ + H3O+ [Zn(OH2)6]2+ + H2O ↔ [Zn(OH2)5(OH)]+ + H3O+ [Fe(OH2)6]3+ + H2O ↔ [Pb(OH2)5(OH)]2+ + H3O+ [Al(OH2)6]3+ + H2O ↔ [Al(OH2)5(OH)]2+ + H3O+ [Sn(OH2)6]2+ + H2O ↔ [Sn(OH2)5(OH)]+ + H3O+ [Li(OH2)6]+ + H2O ↔ [Pb(OH2)5(OH)] + H3O+

5) Esc Escriba riba llas as rreacci eacci eacciones ones de SSn(OH n(OH n(OH)2 )2 ccon on H HNO3 NO3 y co con n Na NaOH OH Sn(OH)2 + HNO3

↔ Sn(NO3)2 + 2H2O

Sn(OH)2 + 2NaOH

↔

Na2SnO2 + 2H2O

6) Escriba Escriba llaa re plomo reacci acci acción ón de for formaci maci mación ón d del el h hidróx idróx idróxido ido d de e plomo lomo,, Pb Pb(OH)2 (OH)2 (OH)2,, qu que e oc ocurre urre cua cuando ndo se aañade ñade Na NaOH OH a la so soluci luci lución ón ac acuosa uosa de PPb(N b(N b(NO3)2 O3)2 O3)2.. Pb(NO3)2 + NaOH

↔ Pb(OH)2 + 2 Na(NO3)

7) Esc Escriba riba llas as rreacci eacci eacciones ones de PPb(OH b(OH b(OH)2 )2 ccon on H HNO3 NO3 y co con n Na NaOH. OH. Pb(O Pb(OH) H)2 + HN HNO O3 = Pb( Pb(NO NO3 )2 + H2O Pb(O Pb(OH) H)2 + Na NaOH OH → Na Na[Pb( [Pb( [Pb(OH) OH)3 ] 8) Esc Escriba riba la reacc reacción ión de redu reducció cció cción n de Bi3 Bi3+, +, qu que e ocur ocurre re ent entre re el an anión ión hidróx idróxido ido de esta estaño, ño, Sn(O Sn(OH)42 H)42 H)42-- y B Bi(NO i(NO i(NO3)3 3)3 een nm medio edio bási básico. co. Sn( Sn(OH) OH)4 2-- + Bi(NO3)3 = Bi + Sn( Sn(OH) OH)62- + N NO O316

9) Me Mencion ncion ncione e tr tres es ej ejemp emp emplos los d de e óxi óxidos dos d de e me metale tale tales, s, qu que e te tengan ngan com compor por portami tami tamiento ento anfó anfótero tero tero.. Al2O Al2O3, 3, Sn SnO, O, SSnO2, nO2, PbO PbO,, Pb PbO2 O2 10) Esc Escriba riba d dos os rreacci eacci eacciones ones de ó óxido xido xidoss de no-m no-metal etal etales es ccon on H H2O. 2O.

7...