CATIONES DEL GRUPO IIb As+3, Sn +2, +4, Sb+3 OBJETIVO: Identificación de los cationes del grupo IIb. FUNDAMENTO: Conocer Las características e importancia de estos cationes. ARSÉNICO Nombre Arsénico Símbolo As Número atómico 33 Peso atómico 74,922 Propiedades Electrónicas Propiedades Físicas Valencia +3,-3,5 Densidad (g/mL) 5,72 Electronegatividad 2,1 Punto de ebullición ºC 613 Radio covalente 1,19 Punto de fusión ºC 817 Radio iónico (estado de oxidación) 0,47 (+5) Estructura cristalina Rómbico Radio atómico 1,39 Carácter de sus combinaciones oxigenadas ácido débil Estructura atómica [Ar]3d 104s24p3 Calor específico (cal/g ºC) 0,082 Potencial primero de ionización (eV) 10,08 Estado normal Sólido Al arsénico se le encuentra natural como mineral de coba lto, aunque por lo general está en la superficie de las rocas combinado con azufre o metales como Mn, Fe, Co, Ni, Ag o Sn. El principal mineral del arsénico es el FeAsS (arsenopirita, pilo); otros arseniuros metálicos son los minerales FeAs 2 (löllingita), NiAs (nicolita), CoAsS (cobalto brillante), NiAsS (gersdorfita) y CoAs 2 (esmaltita). Los arseniatos y tioarseniatos naturales son comunes y la mayor parte de los minerales de sulfuro contienen arsénico. La As 4S4 (realgarita) y As 4S6 (oropimente) son los minerales más importantes que contienen azufre. El óxido, arsenolita, As 4O6, se encuentra como producto de la alteración debida a los agentes atmosféricos de otros minerales de arsénico, y también se recupera de los polvos colectados de los conductos durante la extracción de Ni, Cu y Sn; MANUAL DE LABORATORIO DE QUÍMICA (Ing. Química e Ing. Materiales ) 38
igualmente se obtiene al calcinar los arseniuros de Fe, Co o Ni con aire u oxígeno. El elemento puede obtenerse por calcinación de FeAsS o FeAs 2 en ausencia de aire o por reducción de As 4O6 con carbonato, cuando se sublima As 4. ESTAÑO Nombre Estaño Símbolo Sn Número atómico 50 Peso atómico 118,69 Propiedades Electrónicas Propiedades Físicas Valencia 2,4 Densidad (g/mL) 7,30 Electronegatividad 1,8 Punto de ebu llición ºC 2270
Radio covalente 1,41 Punto de fusión ºC 231,9 Radio iónico (estado de oxidación) 0,71 (+4) Estructura cristalina Tetragonal Radio atómico 1,62 Carácter de sus combinaciones oxigenadas Anfótero Estructura atómica [Kr]4d 105s25p2 Calor específico (cal/g ºC) 0,054 Potencial primero de ionización (eV) 7,37 Estado normal Sólido Forma compuesto de estaño(II) o estañoso (Sn 2+) y estaño(IV) o estánico (Sn4+). Se funde a baja temperatura; tiene gran fluidez cuando se funde y posee un punto de ebullición alto. es suave, flexible y resistente a la corrosión en muchos medios. Una aplicación importante es el recubrimiento de envases de acero para conservar alimentos y bebidas. Otros empleos importantes son: aleaciones para soldar, bronces y aleaciones industriales diversas. Los productos químicos de estaño, tanto inorgánicos como orgánicos, se utilizan mucho en las industrias de galvanoplastia, cerámica y plásticos, y en la agricultura. El mineral del estaño más importante es la casiterita, SnO 2. No se conocen depósitos de alta calidad de este mineral. La mayor parte del mineral de estaño del mundo se obtiene de depósitos aluviales de baja calidad. Existen dos formas alotrópicas del estaño: estaño blanco y estaño gris. Es estaño reacciona tanto con ácidos fuertes como con bases fuertes, pero es relativamente resistente a soluciones casi neutras. MANUAL DE LABORATORIO DE QUÍMICA (Ing. Química e Ing. Materiales ) 39
ANTIMONIO Nombre Antimonio Símbolo Sb Número atómico 51 Peso atómico 121,75 Propiedades Electrónicas Propiedades Físicas Valencia +3,-3,5 Densidad (g/mL) 6,62 Electronegatividad 1,9 Punto de ebullición ºC 1380 Radio covalente 1,38 Punto de fusión ºC 630,5 Radio iónico (estado de oxidación) 0,62 (+5) Estructura cristalina Rómbico Radio atómico 1,59 Carácter de sus combinaciones oxigenadas
ácido débil Estructura atómica [Kr]4d 105s25p3 Calor específico (cal/g ºC) 0,049 Potencial primero de ionización (eV) 8,68 Estado normal Sólido Su símbolo Sb se deriva de la palabra latina stibium. El antimonio se presenta en dos formas: amarilla y gris. La forma amarilla es metaestable, y se compone de moléculas Sb 4, se le encuentra en el vapor de antimonio y es la unidad estructural del antimonio amarillo; la forma gris es metálica, la cual cristaliza en capas formando una estructura romboédrica. El antimonio difiere de los metales normales por tener una conductividad eléctrica menor en estado sólido que en estado líquido (como su compañero de grupo el bismuto). El antimonio metálico es muy quebradizo, de color blanco-azuloso con un brillo metálico característico, de apariencia escamosa. Aunque a temperaturas normales es estable al aire, cuando se calienta se quema en forma luminosa desprendiendo humos blancos de Sb 2O3. La vaporización del metal forma moléculas de Sb 4O6, que se descomponen en Sb 2O3 por arriba de la temperatura de transición. El antimonio se encuentra principalmente en la naturaleza como Sb2S3 (estibnita, antimonita). El antimonio se obtiene calentando el sulfuro con hierro, o calentando el sulfuro y el sublimado de Sb 4O6 obtenido se reduce con carbono; el antimonio de alta pureza se produce por refinado electrolítico. El antimonio de grado comercial se utiliza en muchas aleaciones (1 -20%), en especial de plomo, las cuales son más duras y resistentes mecánicamente que el plomo puro; casi la mitad de todo el antimonio producido se consume en MANUAL DE LABORATORIO DE QUÍMICA (Ing. Química e Ing. Materiales ) 40
acumuladores, revestimiento de cables, cojinetes antifricción y diversas clases de metales de consumo. La propiedad que tienen las aleaciones de Sn -Sb-Pb de dilatarse al enfriar el fundido permiten la producción de vaciados finos, que hacen útil este tipo de metal. Los iónes de los elementos anterior es tiene en común como agente precipitante la TIOACETAMIDA en medio ÁCIDO METODOLOGÍA: A) Poner 1 mL. De la solución problema, alcalinizar, añadir 1 gota de anaranjado de metilo y suficiente NH 4OH 6M Y 1M para obtener un color anaranjado (Ph 4), agregar 3 gotas de tioacetamida y calentar en baño de agua durante 5 -8 minutos agitando ocasionalmente. Centrifugar, descartar el centrifugado y conservar el residuo para B.
B) El residuo de A puede contener HgS, As 2S3, Sb2S3. Tratar el sólido con 1 mL. De HCI 6M, agitar y calentar durante 3-4 minutos y centrifugar. El residuo puede contener sulfuro arsenioso amarillo y azufre. El centrifugado puede contener SbCl 6 -3 y Sn Cl4 -2, pasarlo a otro tubo y probarlo de acuerdo con la sección D. La mezcla HgS-As 2 S3- S se lava con 1 mL. De H 2O, se descarta el lavado y el residuo se mezcla con 10 gotas de NH 4OH 6M, 5 gotas de H2O2 al 3% y se calienta en baño de agua durante 4 -5 minutos, agitando. Añadir 1 mL. De H 2O, agitar y centrifugar. El centrifugado puede contener AsO4 -3 conservar el centrifugado para C. C) Al centrifugado de B que puede contener AsO 4 -3, se le añaden 6 gotas de mezcla magnesiana, esperar 10 minutos, un precipitado blanco y cristalino (NH4 MgAsO4) indica arsénico. La confirmación se puede hacer por medio de la siguiente prueba. ARSENO-MOLIBDATO DE AMONIO. Poner 3 gotas de solución de As +3 en un tubo, añadir 3 gotas de HNO 3 concentrado y calentar 2-3 minutos. Vaciar esta solución sobre otra preparada, disolviendo un cristal de molibdato de amonio y varios NH 4NO3 diluido. Calentar la mezcla en baño de agua durante unos minutos hasta que aparezca el precipitado amarillo. D) El centrifugado de B que puede contener los clorocomplejos solubles de Sn y Sb, se hierve cuidadosamente durante 4 minutos para hidroliza r restos de CH3SNH2 y eliminar H 2S. La solución se diluye a un volumen total de unos 2 mL, se reparte en 2 tubos y se investiga como sigue: TUBO 1: Añadir limaduras de fierro, 2 gotas de HCl concentrado y calentar. El Fe reduce Sn IV a Sn II y Sb V a Sb III, este último precipita en forma de partículas de color negro, centrifugar, decantar y al centrifugado se le añaden 1 -3 gotas de MANUAL DE LABORATORIO DE QUÍMICA (Ing. Química e Ing. Materiales ) 41
HgCl 2 y se observa si el Hg +2 se reduce como el grupo 1 de cationes y precipita de blanco a gris. Confirmando la presencia de Sn +2 (Prueba directa). TUBO 2: Si no se encontró estaño, diluir la solución a 3 mL. Con H 2O, añadir 45 gotas de CH 3CSNH2 y calentar en baño de agua. Un precipitado anaranjado (Sb2S3) indica antimonio. Si se encontró estaño, hacer la siguiente prueba: Añadir a la solución 10 gotas de (NH 4)2C2O4 y 4 gotas de CH 3CSNH2 y calentar en baño de agua. El oxalato forma complejo con Sn IV y solamente el Sb 2S3 precipita el anaranjado.
2ª B de CATIONES
Acidulando la solución de las tiosales vuelve a reprecipitarse los sulfuros de estos cationes, y esto es debido a su carácter anfótero. La separación se debe a la disminución de la [S =] por acción del HCl. El motivo por el cual no se disuelve el As 2S3 o As2S5 es debido al aumento de densidad de carga del arsénico con respecto al Sn y Sb (disminución del radio) lo cual hace que tenga características más ácidas. A posterior se hace la separación de Sn y Sb se debe a que el C 2O4H2 forma un complejo más estable con el Sn que con el Sb y en consecuencia no es desplazado el Sn por el H 2S, cuando se quiere precipitar el Sb. Anexo 1
Anexo 2
