Elementos DE Transicion PDF

Preview

Summary

QUIMICA INORGANICA...

Description

QUIMICA INORGANICA INFORME Nº 6

ELEMENTOS DE TRANSICIÓN

FB3N4

INDICE

1. INTRODUCCIÓN 2. OBJETIVO 3. MARCO TEORICO 3.1. Importancia 3.2. Propiedades 3.3. Características 3.4. Usos 4. PARTE EXPERIMENTAL 4.1. Competencias 4.2. Materiales 4.3. Reactivos 5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 5.1. Interpretación 5.2. Procedimientos y resultados 6. CONCLUSIONES 7. CUESTIONARIO 8. BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN Cuando Mendeleiev intentó ordenar la información recopilada para elaborar su tabla periódica, se encontró con innumerables problemas para clasificar a los hoy conocidos como Elementos de Transición, debido a que sus propiedades guardan muy poca relación con las de los grupos principales. Solamente cuando se logró una descripción mecano – cuántica del átomo pudo llegarse al entendimiento racional de la tabla periódica que conocemos hoy en día, y en particular, se alcanzaron explicaciones naturales para la existencia de las series de elementos con capas “d” y “f” parcialmente llenas. También pudo entenderse la razón por la cual en los bloques “s” y “p” (elementos representativos) las propiedades de las sustancias varían tan acentuadamente a lo largo de un período, lo cual no ocurre con los elementos de los bloques “d” y “f”. En esta introducción a los elementos de transición abordaremos de forma general sus características más notables, tomando en consideración los conceptos estudiados en la Química Inorgánica I en cuanto a la periodicidad de las propiedades atómicas, así como se analizarán de modo general las principales semejanzas y diferencias entre las series de elementos. Para facilitar el estudio de las propiedades de las sustancias simples y compuestos se realizarán, en los casos posibles, generalizaciones de algunas de las más importantes, así como de los métodos de preparación de las sustancias simples. Más adelante, en este tema se profundizará en propiedades más específicas, así como se estudiarán características de los compuestos más notables de cada grupo, fundamentalmente los correspondientes a la primera serie de transición.

OBJETIVOS •

•

Conocer los elementos de transición, un grupo fundamental en la química inorgánica y en otras áreas, así como describir sus propiedades, los compuestos que forman, porcentajes de abundancia, utilidades, interacciones con el ambiente y los seres humanos. Conocer la importancia en la industria y medicina de los principales metales de transición que se encuentran ubicados en la tabla periódica de los elementos.

3 MARCO TEÓRICO Estos elementos conforman los grupos IB hasta el VIIIB. Todos ellos son metales, pero debido a que sus átomos son pequeños, son duros, quebradizos y tienen puntos de fusión altos. Estos metales son buenos conductores del calor y de la electricidad. A condiciones normales el Mercurio es líquido. Los elementos de transición llenan progresivamente su tercer nivel de energía hasta completarlo con 18 electrones; algunos de los elementos también ocupan el nivel 3d. Con excepción del Cromo y del Cobre, todos tienen dos electrones en el cuarto nivel (4s). Esta irregularidad ocurre en esos dos elementos ya que los subniveles llenos y semillenos poseen una estabilidad adicional. Los elementos del grupo B presentan varios estados de oxidación. Esto se debe a que todos los electrones de los niveles 3d y 4s los utilizan para formar enlaces químicos. El Hierro, la Plata, el Cobre y el Oro, son elementos de transición que presentan características diferentes de los demás elementos que conforman la familia. Por eso son analizados por separado. El Hierro se encuentra de formas múltiples en la naturaleza formando distintas aleaciones con otros elementos. Cuando el Hierro es puro, es casi blanco, compacto y blando. Químicamente es un metal muy activo y funciona con estados de oxidación +2 y +3. Cuando se expone a la humedad o al aire forma un óxido férrico hidratado. Por sus propiedades físicas, el Hierro es utilizado en la fabricación de herramientas y gran variedad de equipos. En la naturaleza el Cobre se encuentra libre y combinado. Es un metal rojizo, lustroso, maleable y es gran conductor tanto del calor como de la electricidad. El estado de oxidación cuando forma compuestos es +1 y +2. Por la gran cantidad de usos que se le pueden dar, el Cobre es considerado como el segundo metal en importancia después del Hierro. El Cobre entra en la producción de muchas aleaciones en la que aporta resistencia, dureza, resistencia a la corrosión y propiedades valiosas para trabajos mecánicos. La Plata se encuentra en la naturaleza en estado metálico y es el más blanco de todos los metales. Después del Oro, la Plata es el metal más maleable y dúctil de los metales y es el mejor conductor de la electricidad. Cuando forma compuestos su número de oxidación es +1. Principalmente es utilizado en la fabricación de monedas y en las puntas de los instrumentos eléctricos.

3.1 IMPORTANCIA Los elementos de transición son componentes clave de numerosas enzimas y proteínas de transporte de electrones, así como las proteínas de transporte de oxígeno hemoglobina y hemocianina. •

Principal característica es la inclusión en su configuración electrónica del orbital de, parcialmente lleno de electrones. Esta definición se puede ampliar considerando como elementos de transición a aquellos que poseen electrones alojados en el orbital de (incluiría a zinc, cadmio, y mercurio).

•

Elementos de transición La IUPAC define un metal de transición como "un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d incompleta o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta" Según esta definición el zinc, cadmio, y mercurio están excluidos de los metales de transición, ya que tienen una configuración 3.1.1 Cuáles son los elementos de transición. Los elementos de transición incluyen los importantes metales hierro, cobre y plata. El hierro y el titanio son los elementos de transición más abundantes. Muchos catalizadores para las reacciones industriales implican elementos de transición. 3.1.2 Qué propiedades tienen los elementos de transición. Los elementos de transición tienen muchas propiedades en común con otros metales. Casi todos son sólidos duros con un alto punto de fusión que conducen el calor y la electricidad muy bien. Pueden fácilmente producir aleaciones y pierden electrones para formar cationes estables. 3.1.3 Efectos del Manganeso sobre la salud El Manganeso es un compuesto muy común que puede ser encontrado en todas partes en la tierra. El manganeso es uno de los tres elementos trazas tóxicos esenciales, lo cual significa que no es sólo necesario para la supervivencia de los humanos, pero que es también tóxico cuando está presente en elevadas concentraciones en los humanos. Cuando la gente no cumple con la ración diaria recomendada su salud disminuirá. Pero cuando la toma es demasiado alta problemas de salud pueden aparecer. La toma de Manganeso por los humanos mayoritariamente tiene lugar a través de la comida, como son las espinacas, él te y la hierbas. Las comidas que contienen las más altas concentraciones son los granos y arroz, las semillas de soja, huevos, frutos secos, aceite de oliva, judías verdes y ostras. Después de ser absorbido en el cuerpo humano el manganeso será transportado a través de la sangre al hígado, los riñones, el páncreas y las glándulas endocrinas.

POSICIÓN DE LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA

• • • • • • • • • • • •

Grupo A (IVB) Grupo 5 (VB) Grupo 6 (VIB) Grupo 7 (VIlB) Grupo 8 (VIlIB) Grupo 9 (VIIIB) Grupo 10 (VIlIB) Grupo 11 (IB) Periodo 4 Periodo 5 Periodo 6 Periodo 7

IMANES Los metales de tierras raras samario y neodimio, cuando está en aleación con otros metales, hacen poderosos imanes permanentes o imanes que producen sus propios campos magnéticos. En 2011, el NIB aleación o neodimio, hierro y boro, tuvieron el récord actual para el imán permanente más potente. Aunque los imanes hechos con aleación de samario-cobalto no son tan fuertes como el tipo NIB, mantienen mejor su resistencia a temperaturas de más de 200 grados Celsius. FÓSFORO Los diodos emisores de luz (LED), monitores de rayos catódicos-tubo (CRT) y otras tecnologías que producen luz utilizan fósforos que contienen compuestos de metales de transición interna. Estimulados por una corriente eléctrica, los fósforos emiten un brillo constante. Diferentes fósforos brillan en los colores primarios rojo, verde y azul necesarios para producir imágenes reales. ENERGÍA NUCLEAR El combustible de uranio y plutonio nuclear son metales de transición interna del grupo de actínidos, Aunque no todos los materiales radiactivos son actínidos todos los actínidos son radiactivos. Estos elementos pesados ocupan los últimos 15 lugares de la tabla periódica. El uranio y el plutonio tienen núcleos inestables en Sus átomos. A medida que se someten a la desintegración radiactiva, se calientan. Las

centrales nucleares utilizan el calor para hervir el agua y manejan turbinas de vapor para generar electricidad. MEDICINA Los hospitales utilizan gadolinio, un metal de tierra rara, para ciertos tipos de procesos de formación de imágenes de resonancia magnética (MI). Actúa como un agente de contraste, por lo que los órganos y tejidos se destacan mejor en imágenes por resonancia magnética. En los sistemas de rayos X. fósforos de gadolinio permiten la detección electrónica de rayos X como un reemplazo para la película fotográfica tradicional. EL COLOR Y LOS ASPECTOS ELECTRÓNICOS DE LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN

REACCIONES QUÍMICAS Mg(OH)2 + HCl = MgCl2 + H2O

BALANCEADO

Brucita + Cloruro De Hidrógeno = Cloruro De Magnesio + Agua Reactivos: Mg(OH)2 – Hidróxido de magnesio • Otros nombres: Hidróxido magnesia, hidróxido de magnesio, Leche de magnesia, E 528 • Apariencia: Blanco • HCl – Cloruro de hidrógeno • Otros nombres: Ácido clorhídrico (cuando está hidratado) , HCl , Cloruro de hidrogeno , Cloruro de hidrógeno, anhidro • Apariencia: Gas incoloro comprimido licuado de olor acre Productos: • MgCl2 – Cloruro magnésico o Otros nombres: Cloruro de magnesio, Dicloruro de magnesio, Cloruro de magnesio anhidro o Apariencia: Incoloro o blanco; Sólido delicuescente blanco en diversas formas H2O – Oxidano o Otros nombres: Agua (H2O), Hidróxido de hidrógeno, Protóxido de hidrógeno o Apariencia: Incoloro •

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

BALANCEADO

Carbonato De Calcio + Cloruro De Hidrógeno = Cloruro De Calcio + Agua + Dióxido De Carbono Reactivos CaCO3 – Trioxocarbonato (IV) de calcio • Otros nombres: Carbonato de calcio, Carbonato cálcico, Carbonato calcico • Apariencia: Polvo blanco inodoro; Lentejas o polvo blanco • HCl – Cloruro de hidrógeno • Otros nombres: Ácido clorhídrico (cuando está hidratado) , HCl , Cloruro de hidrogeno , Cloruro de hidrógeno, anhidro • Apariencia: Gas incoloro comprimido licuado de olor acre Productos: • CaCl2 – Cloruro de calcio, dicloruro de calcio • Otros nombres: Cloruro de calcio, Cloruro cálcico, Cloruro de calcio (anhidro) , E 509 • Apariencia: Sólido blanco o incoloro; Cristales inodoros higroscópicos incoloros o blancos • H2O – Oxidano • Otros nombres: Agua (H2O) , Hidróxido de hidrógeno , Protóxido de hidrógeno • Apariencia: Incoloro • CO2 • Nombres: Dióxido de carbono, Co2 , Dioxido de carbono • Apariencia: Gas inodoro incoloro comprimido licuado •

CaC2(s)+

2 H2O (l)→

Ca(OH)2 + C2H2(g)

BALANCEADO

Carburo De Calcio + Agua = Portlandita + Acetileno Reactivos: • CaC2 – Carburo de calcio • Otros nombres: Acetiluro de calcio, Carburo cálcico , Carburo cálcico • Apariencia: Sólido grisáceo pardo; Cristales grises o grumos negros de olor característico • H2O – Oxidano • Otros nombres: Agua (H2O) , Hidróxido de hidrógeno , Protóxido de hidrógeno • Apariencia: Incoloro Productos: • Ca(OH)2 – Hidróxido de calcio • Otros nombres: Hidróxido cálcico, Dihidróxido de calcio , Cal apagada • Apariencia: Polvo blanco; Cristales incoloros o polvo blanco • C2H2 – Etino • Otros nombres: Acetileno, Vinileno , C2H2 , Acetilex • Apariencia: Gas incoloro disuelto en acetona a presión

2 C2H2 (g) + 5 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 2 H2O (l) Acetileno + Dioxígeno = Dióxido De Carbono + Agua

BALANCEADO

Esta es una reacción de reducción-oxidación (redox): 4 C-I - 20 e- → 4 C4 (oxidación) 10 O0 + 20 e- → 10 O-2 (reducción) C2H2 es un agente reductor, O2 es un agente de oxidación.

Reactivos: • C2H2 – Etino • Otros nombres: Acetileno , Vinileno , C2H2 , Acetilex • Apariencia: Gas incoloro disuelto en acetona a presión • O2 • Nombres: Dioxígeno , Oxígeno , Oxígeno (líquido refrigerado) • Apariencia: Gas inodoro comprimido ; Gas licuado. líquido de incoloro a azul extremadamente frío Productos: • CO2 • Nombres: Dióxido de carbono , Co2 , Dioxido de carbono • Apariencia: Gas inodoro incoloro comprimido licuado • H2O – Oxidano • Otros nombres: Agua (H2O) , Hidróxido de hidrógeno , Protóxido de hidrógeno • Apariencia: Incoloro

Ca(CN)2 + 3H2O → CaCO3 + 2NH3 + C BALANCEADO Cianuro De Calcio + Agua = Carbonato De Calcio + Amoníaco + Carbono Esta es una reacción de reducción-oxidación (redox): CII + 2 e- → C0 (reducción) CII - 2 e- → CIV (oxidación) Ca(CN)2 es un agente oxidante y reductor (desproporción (dismutación)).

Reactivos: •

Ca(CN)2 • •

•

Nombres: Cianamida cálcica, Cianuro de calcio , Cianamida calcica Apariencia: Cristales incoloros o polvo blanco de olor característico

H2O – Oxidano • •

Otros nombres: Agua (H2O), Hidróxido de hidrógeno , Protóxido de hidrógeno Apariencia: Incoloro

Productos: •

CaCO3 – Trioxocarbonato (IV) de calcio • •

•

NH3 – Azano • •

•

Otros nombres: Carbonato de calcio, Carbonato cálcico , Carbonato calcico Apariencia: Polvo blanco inodoro; Lentejas o polvo blanco

Otros nombres: Amoníaco, Hidruro de Nitrógeno, Trihidruro de nitrógeno Apariencia: Incoloro | Olor penetrante y desagradable; Gas incoloro o gas licuado comprimido de olor acre

C • •

Nombres: Negro de carbón, Carbono negro, Carbón negro Apariencia: Polvo extremadamente fino o lentejas sin olor de color negro

4 PARTE EXPERIMENTAL 4.1 COMPETENCIAS Identifica a los elementos de transición mediante las reacciones químicas desarrolladas y describe algunas propiedades químicas de estos elementos. 4.2 MATERIALES • • •

Gradilla Mechero de bunsen Pipetas Tubos de ensayo 13 x 100 mm 60 unidades

4.3 REACTIVOS • • • • • • • • • • • • • •

Sal de cromo (Solución de Tricloruro o sulfato de cromo al 10 %) Solución de Cloruro de amonio al 10 %. Sulfuro de amonio al 20 %. Sal de manganeso (Sulfato de manganeso al 0.5 N) Solución de Ácido clorhídrico 1 M. Solución de Cloruro de manganeso al 10 %. Solución de Hidróxido de sodio al 10 %. Solución de Hidróxido de sodio al 40 %. Solución de Permanganato de potasio al 5 %. Ácido clorhídrico concentrado 30 mL. Solución de Cromato de potasio al 10 %. Solución de Ácido sulfúrico 5 N. Peróxido de hidrogeno al 30 % o 100 volúmenes. Solución de Nitrito de potasio al 10 % o nitrito de sodio

Mayo Quispe Rodolfo FB3N4

5 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL AUTOXIDACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE MANGANESO 1. En dos tubos de ensayo de paredes gruesas, coloque 2 mL de solución de sulfato de manganeso 0,5 M .A través de uno de ellos haga pasar corriente de C02 excento de aire, durante 20 minutos, Al otro tubo destapado. 2. A continuación a cada tubo adicione 2 mL. de solución de NaOH 2N. Tápelos con tapones que ajusten bien y sacúdalos. 3. Observe la tonalidad de los precipitados. La mitad del contenido del tubo N° 2 transfiérala a un tubo lleno con oxígeno (tubo N°3). Tape los tubos 2 y 3, nuevamente y agite el tubo N°3. 4. Ordene los tubos de acuerdo a la intensidad cromática. El precipitado de hidróxido de manganeso II en el tubo N°1, debe conservarse incoloro, mientras que el tubo N°3, toma una coloración oscura por autooxidación a dioxihidrato. 5. El precipitado del tubo n° 2 también se oscurece, autooxidación que se acelera cuando se destapa varias veces el tubo y se vuelve a agitar. Interprete el fenómeno ocurrido. 6. A una solución de sal de Cromo adicionarle Cloruro de amonio calentar; luego alcalinizar la solución con sulfuro de amonio, calentar hasta la precipitación. 7. A una solución de sal de Manganeso adicionarle Cloruro de amonio calentar; luego alcalinizar la solución con sulfuro de amonio, calentar hasta la precipitación. A este precipitado adicionarle HCl 1N agitar el precipitado hasta la disolución completa. 8. A una solución de Cloruro de Manganeso, calentar la solución y luego alcalinizarla en exceso con hidróxido de sodio; en estas condiciones el manganeso precipita como hidróxido.

Mayo Quispe Rodolfo FB3N4

9. En un tubo de ensayo introducir un cristal de Permanganato de Potasio, luego añadir 5 gotas de HCl concentrado; observar el desprendimiento de los gases verde -amarillento. Elementos de transición: Agentes oxidantes • •

KMnO4 K2CrO4

Resultado El permanganato de potasio y el ácido clorhídrico en el mismo tubo Se observó el desprendimiento de un gas verde amarillento que es por el desprendimiento del cloro, la solución del tubo es de color negro violeta. Con una reacción Redox.

Mayo Quispe Rodolfo FB3N4 10. En un tubo de ensayo colocar 1 mL de permanganato de potasio en solución, acidificar con 3 gotas de ácido sulfúrico 5 N. Añadir gota a gota peróxido de hidrógeno, hasta decoloración.

Resultado Tenemos que agregar el peróxido de hidrogeno gota a gota hasta descolorar la descoloración en un medio para poder trabajar en un reactivo líquido, se observó un color violáceo de ahí pasa a un color mas claro.

Mayo Quispe Rodolfo FB3N4 11. En un tubo colocar 1 mL de cromato de potasio, acidificar con 3 gotas de ácido sulfúrico 5N; observar el cambio de coloración, anote, luego añada 5 gotas de peróxido de hidrógeno. Agite y observe los colores, inicialmente azul y luego verde.

Resultado el cromato es estable en un medio acido como el HCl , al agregarle el HCl se observa en las paredes un color verde, y luego cuando se agrega peróxido de hidrogeno cambia de color a azul oscuro. Con una reacción Redox

2K2CrO4 + 5H2SO4 + 3H2O2

Cr2(SO4)3 + 8H2O + 2K2SO4 + 3O2

Mayo Quispe Rodolfo FB3N4 12. En un tubo colocar 1 mL de Permanganato de Potasio, agregar gotas de hidróxido de sodio concentrado; luego 1 mL de peróxido de hidrógeno. Agitar y observar el precipitado.

Resultado Se observó un precipitado de color marrón burbujeando en la superficie del desprendimiento gas el precipitado es de color verdusco. Con una reacción Redox.

2KMnO4 + 2NaOH + 3H2O2

2NaKO2 + 2MnO + 2H2O

13. Colocar en un tubo 1 mL de Permanganato de Potasio y agregue 1 mL de Nitrito de Potasio. Agitar y observar la formación de un precipitado pardo oscuro.

Resultado Permanganato de potasio, adicionamos de nitrito de potasio y agitamos. Se observó un precipitado la formación de un precipitado pardo oscuro que tiene sal. Con una reacción Redox.

2KMnO4+ 5KNO2+ 3H2SO4

2MnSO4+ 3H2O+ 5KNO3+K2SO4

Mayo Quispe Rodolfo FB3N4

6 CONCLUSIONES La importancia de la tabla periódica es que nos permite conocer a profundidad las características de cada uno de los elementos y clasificarlos según su comportamiento y su forma. Esto con la finalidad de ver y conocer las formas y tipos de reacciones que pueden tener con otros elementos, así como saber su configuración electrónica con el número de electrones que contiene cada átomo y como los átomos que se muestran en la tabla periódica son neutros, entonces estos los podemos saber con el numero atómico que se encuentra en la tabla periódica. También pude apreciar que existen muy pocos elementos en estado líquido. En si esta práctica me ayudó mucho ya que pude familiari...