Informe de laboratorio Oxigeno PDF

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ado en la experiencia de laboratorio numero 4 , en el cual se estudian las propiedades fisicas y quimicas del oxigeno...

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QUIMICA INORGANICA Trabajo Práctico de Laboratorio Nro. 4 OXÍGENO INTRODUCCIÓN: El oxígeno ocupa el primer lugar en el grupo 6 de la tabla periódica. Su configuración electrónica es 1s2 2s2 2p4, es un elemento muy reactivo que se combina con la mayoría de los elementos de la tabla periódica, exceptuando los gases nobles, los halógenos y algunos metales no reactivos como el oro. Lo encontramos en el ambiente en su forma molecular más común, un gas diatómico incoloro, inodoro e insípido, cuya fórmula resulta O2. El oxígeno forma compuestos importantes como: Agua (H2O), Agua oxigenada (H2O2). El peróxido de hidrógeno, más conocido como agua oxigenada, es una combinación de hidrógeno y oxígeno. Su descripción química es (H2O2). En altas concentraciones, puede ser inestable e incluso tóxica. En concentraciones menores, funciona bien como desinfectante y antiséptico. El agua oxigenada es un compuesto que es capaz de comportarse como reductor o como oxidante, dependiendo con que agentes se encuentre. En el presente informe se explicaran los procedimientos llevados a cabo en el laboratorio, el cual se baso en la obtención de peróxido de hidrogeno a partir del peróxido de bario, y a partir de esta solución obtenida se llevan a cabo algunos procedimientos para reconocer o vislumbrar la capacidad del agua oxigenada como agente reductor y también como agente oxidante, y una reacción de caracterización que nos permite reconocer la presencia de agua oxigenada en la solución. MATERIALES: A continuación un listado de los elementos utilizados en la experiencia:

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Tubo de ensayos

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Balanza granataria

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Vidrio de reloj

MÉTODOS:

Probeta

Obtención de agua oxigenada: Para la obtención de agua oxigenada tratamos peróxido de bario con ácido sulfúrico en frío, debido a que la reacción resulta muy exotérmica. Se mide aproximadamente 1 gr de peróxido de bario y al mismo tiempo 20 ml de solución de ácido sulfúrico 0,3 M en una probeta .Para establecer las condiciones de temperatura en que debe ocurrir la reacción colocamos en un recipiente agua con algunas barritas de hielo. Vertimos los 20 ml de solución de ácido sulfúrico en el Erlenmeyer, y procedemos a colocar el Erlenmeyer en el recipiente con agua fría, luego de unos minutos cuando consideramos que se alcanzó la temperatura necesaria procedemos a agregar el peróxido de bario. Luego agitamos el Erlenmeyer y como último paso, filtramos la solución obtenida debido a que en la reacción precipita

sulfato

de

bario

(SO4).

Propiedades: A partir de la solución filtrada de agua oxigenada, se procede a realizar reacciones de caracterización, para vislumbrar algunas propiedades del agua oxigenada como ser su poder como agente oxidante entre otros. 1. En un tubo de ensayos, colocar algunas gotas de la solución de agua oxigenada obtenida, a continuación, agregar 0,5 ml de solución de ácido sulfúrico 1,5 M y 0,5 ml de solución de KI 3%. Agitar y observar los cambios ocurridos. 2. En un tubo de ensayos colocar 0,5 ml de solución de agua oxigenada producida, a continuación se agrega 0,5 ml de solución de ácido sulfúrico 1,5M, y por ultimo algunas gotas de solución de permanganato de potasio 0,1 N, con cuidado de no excedernos. 3. Por último, en otro tubo de ensayos colocamos 0,5 ml de solución de agua oxigenada, y como en las experiencias anteriores se agrega solución 1,5M de ácido sulfúrico. A continuación se agrega 0,5 ml de solución de sulfato de titanio 1% y observamos la señal producida. Luego se agrega 0,5 ml de fluoruro de sodio al 3% agitamos y observamos.

RESULTADOS y DISCUSION: Una vez que consideramos que la solución de acido sulfúrico alcanzo una temperatura

suficientemente baja como para llevar a cabo la reacción de forma segura, procedemos a añadir la masa de peróxido de bario. Inmediatamente notamos que la solución se vuelve turbia y precipitación de una sal, es por esto que se requiere filtración para proceder con las siguientes experiencias. A continuación detallamos mediante la ecuación química adecuada el fenómeno ocurrido, y resolvemos los correspondientes cálculos estequiométricos, para expresar la concentración de nuestra solución, considerando que la reacción ocurre en su totalidad: 𝐵𝑎𝑂2 (𝑠) + 𝐻2 𝑆𝑂4 (𝑎𝑐) → 𝐻2 𝑂2 (𝑎𝑐) + 𝐵𝑎𝑆𝑂4 (𝑠) 1𝑚𝑜𝑙 𝐵𝑎𝑂

Moles de BaO2 alimentados: 169𝑔𝑟𝐵𝑎𝑂2 × 1,0𝑔𝑟𝐵𝑎𝑂2 = 6 × 10−3 𝑚𝑜𝑙 𝐵𝑎𝑂2 2

Moles de H2SO4 alimentados:

0,3 𝑚𝑜𝑙𝐻2 𝑆𝑂4 (𝑎𝑐) 1000 𝑚𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛

× 20 𝑚𝑙 𝑠 = 6 × 10−3 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝐻2 𝑆𝑂4

Como vemos, los reactivos se alimentan en cantidades estequiométricas, y si consideramos que la reacción ocurre en su totalidad, se forman entonces 6 × 10−3𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐻2 𝑂2 . Y si el volumen de la solución no varia, la solución obtenida resulta de concentración 0,3M de H 2O 2. Por otro lado, podemos afirmar que el precipitado que notamos en la reacción se trataba de sulfato de bario, una sal que resulta insoluble en la solución obtenida, y procedemos a filtrar para las siguientes experiencias. 1) Se recogen algunas gotas de la solución de agua oxigenada obtenida en un tubo de ensayos, y se agrega 0,5 ml de solución de ácido sulfúrico y de yoduro de potasio. Inmediatamente luego de agitar la solución, notamos que se torna de color pardo, coloración propia del yodo (I2) disuelto en agua. Por esto decimos que ocurre una reacción redox espontanea, en la que el agua oxigenada se reduce a agua, y el yoduro (I-) se oxida para formar yodo (I2). Semirreacciones: Oxidación: 2𝐼− → 𝐼2 + 2𝑒 −

∆𝐸0 𝐼2 /𝐼− = 0,6195𝑉

Reducción: 2𝐻+ + 𝐻2 𝑂2 + 2𝑒− → 2𝐻2 𝑂

∆𝐸0 𝐻2 𝑂2 /𝐻2 𝑂 = 1,776V

Reacción global:

2𝐼− + 2𝐻+ + 𝐻2 𝑂2 → 𝐼2 + 2𝐻2 𝑂 ∆𝐸 0 𝑟 = 1,1565𝑉

La diferencia de potencial resulta positiva, por lo que se trata de una reacción redox espontanea. Al agregar la solución de ácido sulfúrico lo que hacemos es proporcionar el medio acido para que ocurra la reducción del agua oxigenada.

2) En un tubo de ensayos colocamos, 0,5 ml de solución de agua oxigenada filtrada, a la que a continuación le agregamos, 0,5 ml de solución 0,3 M de acido sulfúrico y algunas gotas de permanganato de potasio. Antes de agitar la solución, vemos que el color en la parte superior de la misma es violeta, propia de la solución de permanganato de potasio. Cuando se procede a agitar, la solución automáticamente se torna incolora. A continuación explicamos mediante las reacciones químicas lo ocurrido:

Oxidación: 𝐻2 𝑂2 → 𝑂2 + 2𝑒 − + 2𝐻+

∆𝐸0 𝑂2 /𝐻2 𝑂2 = 0,69𝑉

Reducción:𝑀𝑛𝑂4 − + 8𝐻+ + 5𝑒 − → 𝑀𝑛 2+ + 4𝐻2 𝑂

∆𝐸 0 𝑀𝑛𝑂4 −/𝑀𝑛2+ = 1,5119V

Reaccion Global: 5𝐻2 𝑂2 + 2𝑀𝑛𝑂4 − + 6𝐻+ → 2𝑀𝑛2+ + 5𝑂2 + 8𝐻2 𝑂

∆𝐸0 𝑟 = 0,8219𝑉

Nuevamente la diferencia de potencial de la reacción global es positiva y corresponde a una reacción redox espontanea. En este caso se agrega el acido sulfúrico para propiciar el medio acido necesario en este caso tanto para la semirreaccion de oxidación como la de reducción. El color que toma la solución luego de agitar se explica debido a que el ion 𝑀𝑛2+ en solución acuosa es incoloro, por lo tanto aseguramos que ocurre dicha reacción. Nota: en nuestro caso la experiencia debió repetirse, puesto que en un primer intento se agrego en exceso permanganato de potasio, y notamos que luego de agitar la solución, el color de la misma permanece violeta. Para el siguiente intento se procede con mayor cuidado y logramos que luego de agitar la mezcla se torne incolora. 3) Por último, se realiza una reacción de caracterización que nos permite verificar la presencia de agua oxigenada en la solución obtenida. Al agregar el acido y el sulfato de titanio vemos que la solución se torna de un color amarillo, esto se debe a la reacción de ion TiO2+ con el agua oxigenada, que da como resultado la formación de TiO(H2O2)2+, el cual disuelto en agua presenta color amarillo. 𝑇𝑖𝑂2+ + 𝐻2 𝑂2 → 𝑇𝑖𝑂(𝐻2 𝑂2 )2+ A continuación se agrega solución de NaF, y al agitar notamos que la solución, que estaba colorada de amarillo, ahora es incolora, esto se debe a la reacción del TiO(H2O2)2+, con el ion fluoruro(F-) que forma un compuesto de coordinacion, el hexafluorotitanato(TiF62-) el

cual es incoloro disuelto en agua. 𝑇𝑖𝑂(𝐻2 𝑂2 )2+ + 6𝐹− → 𝑇𝑖𝐹62−...