UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÀN CAMPO 1
QUÍMICA INDUSTRIAL
COMPLEJOS COLORIDOS DE HIERRO (lll)
Introducción: En química inorgánica, el número de coordinación en el caso de los complejos metálicos es el número de enlaces σ, simétricos respecto al eje del enlace, entre los ligandos y el átomo metálico central. Se suele simplificar a menudo, teniendo en cuenta que existen ligandos polidentados, como el número de ligandos unidos al ion metálico central. Los metales o iones metálicos de transición son ácidos de Lewis y tienden a formar aductos estables con las bases de Lewis, capaces de ceder uno o más pares de electrones, denominados complejos si poseen una carga neta y compuestos de coordinación si su carga es cero; un aducto, en química, es un producto AB formado por la unión directa de dos moléculas A y B, sin que se produzcan cambios estructurales en las porciones A y B. Otras estequiometrías diferentes a la 1:1 son también posibles, por ejemplo 2:1.Los aductos a menudo se forman entre ácidos de Lewis y bases de Lewis. A las bases de Lewis se las denomina ligandos, mientras que al catión metálico se le denomina catión "central". Así pues, los compuestos de coordinación pueden contener uno o varios "iones complejos" con sus correspondientes átomos centrales y ligandos. Estos iones complejos constituyen "esferas de coordinación". La estabilidad de los complejos viene dada por la constante de equilibrio referida al proceso de formación del complejo a partir del acuocomplejo. Sin embargo es frecuente ignorar las moléculas de agua. A medida que el agua va siendo desplazada por los ligandos L se tienen las siguientes etapas: l. M + L -> ML K1 = [ML] / [M] [L] 2. ML + L -> ML2 K2 = [ML2] / [ML] [L] 3. ML2 + L -> ML3 K3 = [ML3] / [ML2] [L] 4. ML3 + L -> ML4 K4 = [ML4] / [ML3] [L] Cuya constante de equilibrio sería K = [ML4]/ [M] [L]4 =K1.K2.K3.K4 La mayor parte de estas especies químicas son coloreadas. El color se debe, normalmente, a tránsitos d-d, y las energías - y por tanto el color- se relaciona con los ligandos, el catión central y la carga o estado de oxidación del mismo. Normalmente los cationes d0, al no poder presentar tránsitos d-d son incoloros.
Objetivos: • •
En esta práctica se tendrá la oportunidad de preparar un complejo de coordinación de hierro: (el tris acetilacetonato de hierro (lll)). Investigar los efectos de variaciones en las condiciones de preparación.
Desarrollo Experimental: Materia y reactivos: -
5 Tubos de ensaye 4 Tapones para tubo de ensaye Gradilla 2 matraz Erlenmeyer de 100 ml Vaso de precipitados de 10 ml Tripie Recipiente para baño maria Mechero Embudo Buchner Marcera para vacío Pipeta graduada para 5 ml Espátula Papel filtro pH – metro Balanza analítica
-
Acetilacetona CH3COONa. 3H2O FeCl3 . 6H2O Fe (NO3)3 . 9H2O CH2Cl2 Agua destilada
Parte 1: 1. Pesa aproximadamente 700 mg de FeCl3 . 6H2O, en un matraz Erlenmeyer de 100 ml. Agrega 20 ml de agua desionizada y calienta en baño de agua. 2. Pesa aproximadamente 1.5 g de acetato de sodio (CH3COONa. 3H2O) en un recipiente conveniente. Agrega 10 ml de agua desionizada y calienta en baño de vapor. 3. Disuelve 1.0 ml de acetilacetona en 1 ml de etanol en un vaso de precipitado de 10 ml y agrega esta solución a la solución de FeCl3 .
4. Mezcla las dos soluciones restantes, anote cualquier cambio y regrese cuidadosamente esta solución al baño de vapor durante 10 minutos. 5. Coloca la solución en la mesa y permite que se enfría lentamente. 6. Colecta cualquier precipitado usando el embudo Buchner. Lave el residuo dos veces con agua desionizada y sécala en un vidrio d reloj durante 10 minutos a 1000 C en la estufa. 7. Determina, anota el peso y describe la apariencia del producto obtenido y muestra el producto a tu profesor para su valoración. Parte 2: Efecto del pH en la formación de complejos férricos con acetilacetonato. •
Disuelve aproximadamente 0.4 g de nitrato férrico, Fe (NO3)3 . 9H2O, en 50 ml de agua desionizada. Medir el pH de esta solución usando el pH – metro. Vierte 4 ml de esta solución en un tubo de ensaye limpio y eticuelo como solución 1.
•
Disuelve 5 gotas (0.1g) de acetilacetona en 1 ml de etanol y agrégala a la solución de Fe(NO3)3. Agítala y mide nuevamente el pH de esta solución. Vierte 4 ml de esta solución en un tubo de ensaye limpio y etiquétalo como solución dos.
•
Agrega aproximadamente 0.5 g de acetato de sodio a la solución de nitrato férrico. Agita y mede el pH de esta solución. Vierte 4 ml de la solución en un tubo de ensaye limpio y etiquétalo como solución tres.
Parte 3: Solubilidad 1. Coloca una cantidad pequeña de tris – acetilacetonato hierro (lll), que se preparo en la parte uno, en dos tubos de ensaye etiquétalos como muestra A y B. 2. Intente disolver estas dos muestras en 2 ml de agua (muestra A) y 2 ml de diclorometano (muestra B). 3. Agregué 2 ml de agua a la muestra B. 4. Agrega 2 ml de diclorometano a las soluciones 2 y 3 que se prepararon en la parte dos. 5. Tape firmemente los tres tubos de ensaye y agite vigorosamente. Destape los tubos y déjelos reposar unos minutos.
Parte 1.
700 mg FeCl3 . 6H2O + 20 ml H2O des
1.5 g CH3COONa. 3H2O + 10 ml H2O des
Disolver 1 ml de Hacac en 1 ml etanol
Calentar la mezcla durante 10 minutos
Dejar enfriar, lavar y filtrar
Secar el producto durante 10 minutos a 1000 C
Determinar el rendimiento
Parte 2
Agregar 0.5 g de CH3COONa. 3H2O
0.4 g Fe (NO3)3 . 9H2O + 50 ml H2O des
Agregar 5 gotas de solución de Hacac en 1 ml de etanol
Medir pH
Medir pH
Tomar 4 ml de la solución y etiquetarla.
Tomar 4 ml de la solución y etiquetarla.
Parte 3
Tubo A
Disolver con 2 ml de H2O
Agregar 1 ml CH2Cl2
La solución 2 y 3 de la parte 2
Tubo B
Agregar 2 ml de CH2Cl2 Agregar 1 ml CH2Cl2 Agregar 2 ml de H2O
Análisis de Resultados: -
Explique el cambio de pH observado cuando la acetilacetona se agrega a una solución de iones férricos acuosos. (Solución 2)
En al solución 2 antes de agregar el Hacac el pH – metro nos reporto que la solución de iones férricos acuosos tenia un pH de 1.45, al verterle el Hacac cambio de color de un color amarillo a un color vino intenso, además al medirle de nuevo el pH este aumento a 3.92. Lo cual quiere decir que la acidez disminuyo no drásticamente pero si significativamente -
Completa las ecuaciones que describen la formación en pasos del complejo tris – (acetilacetonato)hierro(lll), usando la ecuación 1.3 como primer paso.
[Fe (H2O)6]+3 + acac
[Fe(H2O)4 (acac)]+2 +2H2O
[Fe(H2O)4 (acac)]+2 + acac
[Fe(H2O)2 (acac)2]+ + 2 H2O
[Fe(H2O)2 (acac)2]+ + acac
[Fe (acac)3]+ + 2 H2O
-
Escribe una expresión de equilibrio que describa la reacción de acetato de sodio con H3O+. Indique las especies conjugadas (ácidos y bases conjugados)
NaCH3COO + H3O+ -
Na+ + CH3COO H+ H2O
La adición de acetato de sodio (solución 3) (i) incrementa el pH de la solución (ii) resulta en una mayor producción de [Fe (acac)3]. Relacione observaciones describiendo el efecto de la adición del acetato de sodio en la ecuación balanceada por la formación del complejo [Fe (acac)3] (Refiérase a la expresión de equilibrio en cuestión y aplique el principio de le Chatelier).
En la solución tres al verter el acetato de sodio aumento el pH ya que el acetato de sodio es una base. Al verter el acetato de sodio estamos propiciando que el equilibrio se desplace hacia la derecha ya que estamos aumentando la concentración de los reactivos, por lo tanto se incrementa la producción de [Fe (acac)3]. CH3CO2Na + H3O
CH3CO2 + NaOH + H2O
- ¿Se puede tomar la intensidad del color de las soluciones como una guía acerca de la concentración, explique que capa en el tubo de ensaye B, la capa de arriba agua o la capa del fondo diclorometano contiene mas [Fe (acac)3]? ¿Por qué? En el tubo B de la parte tres se aprecia claramente que el producto se disolvió en el diclorometano ya que el agua es muy polar y al compuesto se disuelve en disolventes no polares o no muy polares ya que como el hierro esta unido acac que es orgánico este se va a disolver el un disolvente orgánico, y al hacer la prueba en la parte de abajo se aprecia claramente como se disuelve ya que no queda ninguna partícula suspendida en el diclorometano. -
Los iones complejos intermedios en este experimento son [Fe(acac)(H2O)4]+2y [Fe(acac)2(H2O)2]+. Cabria esperar que estos complejos ¿Sean mas solubles en la capa de agua o en la capa de dicloro metano? ¿Por qué?
Los iones complejos se disolverían mas fácil en un disolvente orgánico ya que en la esfera interior esta presente el acac y el acac es orgánico solo semejante disuelve a semejante, y como el agua es no esta intercambiando carga con el hierro la interaccion es menor que con el acac ya que la unión es iónica por que se presenta un intercambio de cargas, y al pasar esto solo se desplazan las moléculas de agua, quedándonos una molécula orgánica que solo se disolverá en disolventes no polares o muy poco polares.
Rendimiento n = .7g / 270.3g mol-1 = 2.5897X10-3 Masa maxima teórica = (n)(358 g mol-1) = (2.5897X10-3 mol)( 358 g mol-1) = . 929726 %R = masa obtenida X 100 = . 86 g/ .929726 X 100 = 92 . 5003 % ………….masa teórica de rendimiento
