UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES INSTITUTO DE QUIMICA
Laboratorio de Química Inorgánica II Grupo 01
SINTESIS DE PEROXOBORATO DE SODIO
JORGE JAIMES JAIMES 1094240766
Profesor: JUAN CARLOS MUÑOZ ACEVEDO
11 – Mayo - 2012 Medellín
SINTESIS DE SULFATO DE TRIS (TIOUREA) COBRE (I)
1. OBJETIVOS. Ilustrar la formación de una sal de un peroxiácido, a partir de la sal precursora y peróxido de hidrógeno.
Sintetizar la sal de peroxoborato de sodio.
Entender la naturaleza de la reacción en términos de equilibrio.
Conocer la estructura de algunos compuestos inorgánicos.
2. RESUMEN TEÓRICO. El perborato de sodio monohidratado es obtenido principalmente como producto del perborato de sodio tetrahidratado que deshidrata tres moleculas de agua. En comparación con perborato de sodio tetrahidratado, el perborato de sodio monohidratado tiene un contenido de oxígeno activo más alto, en esta práctica se intenta sintetizar el perborato de sodio monohidratado utilizando como reactivo base el peróxido de hidrogeno y el bórax e intentar sintetizar la sal más estable ya que la mayoría de los llamados perboratos no son peroxisales verdaderas, sino peroxihidratos, es decir compuestos de adición del agua oxigenada sobre boratos.
Perborato de sodio monohidratado es un tipo de proveedor de oxígeno sólido estable. Su contenido de oxígeno activo es similar a la que puede proporcionar el peróxido de hidrógeno. El perborato de sodio monohidratado puede blanquear y generar oxígeno solo cuando la solución está sometida a temperaturas mayores de 60 ° C. Cuando esta condición no es posible de darse, se necesita el activador de blanqueamiento por ejemplo, la tetraacetiletilendiamina. El perborato de sodio no causa perjuicio grave a nuestro medio ambiente porque se descompone para generar oxígeno y borato.
El perborato de sodio monohidratado se utiliza mucho en el polvo de lavar, el blanqueador de color y los detergentes. Puede lavar, limpiar, blanquear, desinfectar, desodorizar y mantener color etc. al mismo tiempo. Además, perborato de sodio monohidratado también se utiliza en los productos cosméticos
(por ejemplo, el limpiador de los dientes), en la industria textil y tintura y en el blanqueamiento de pasta.
3. OBSERVACIONES Y DATOS. Cuando se realizo la mezcla de hidróxido de sodio más bórax y la adición de agua, se presencio un leve calentamiento del beaker, con lo cual se observa que la reacción es exotérmica y por ende es necesario el baño de hielo, al comienzo de la agitación se formo una emulsión de color blanco pero luego de adición del peróxido de hidrogeno, este color fue desapareciendo hasta tornase incolora, como no se presentaba ningún precipitado lleve el beaker junto con el baño de hielo a la campana de extracción donde al adicionar tan solo una gota de peróxido de hidrogeno, se observo una gran cantidad de precipitado de color blanco.
Prueba con KI: Al agregarse KI a la solución esta tomo un color amarillento esto se debe a la formación de sales de yodo y de acido yodhídrico.
Prueba con KMnO4: Se observa la formación de burbujas, como era de esperarse la formación de las burbujas es debida al desprendimiento de O 2(g).
4. PREGUNTAS Y/O CONSULTA.
Si la solución de metaborato de sodio preparado en este experimento se evapora, se cristaliza el bórax, explique.
Para preparar la solución de metaborato se partió de bórax (Na 2B4O7. 10H2O) y se disolvió en agua tibia para luego añadírsele el peróxido de hidrogeno, al evaporarse la solución, se da la cristalización del bórax, esto se da debido a la pérdida de su hidratación ya que en la forma hidratada NaB(OH) 4-
• 2 H2O
los
iones tipo B(OH) 4- desaparecen debido a que los grupos OH - son eliminados en forma de agua lo que lleva a la formación del bórax.
La reacción para la formación de la solución del metaborato de sodio preparado en la práctica es
Na2B4O7 .10H2O + 2NaOH
2H2BO3- +2Na+ + 2NaBO2 + 9H2O
La sal estable a la evaporación es el metaborato
2NaBO2 + 2H+
Na2H2B4O8 + 2Na+
Pero la sal acida del bórax no es estable, su estructura es la siguiente.
Na2H2B4O8
Na2B4O7 + H2O
Una solución de bórax en agua es fuertemente alcalina. Explique ¿Por qué el bórax puede ser considerado como una sal ácida?
Una solución de bórax en agua es fuertemente alcalina, debido a la presencia de los grupos OH - en la estructura, al disociarse en solución da iones OH −, que son los que actúan como base al poder aceptar un protón. El ion OH
−,
tienen un par de
electrones no enlazantes, lo que también le da el carácter básico al bórax.
La formula más simple del acido bórico es B (OH) 3 donde si comparamos con la estructura del bórax NaB4O7.10H2O se observa que dos hidrogenos son reemplazados por 2 iones sodio
Como se observa en el equilibrio anterior la descomposición del bórax genera nuevamente el acido borico, que es un acido de Bronsted muy débil en solución acuosa, sin embargo los equilibrios son mas complicados que las simples reacciones de transferencia de protones tipo Bronsted, que son características de los oxoacidos de elementos del bloque p mas pesados. El acido borico es primero que nada un acido de Lewis débil y el complejo que forma con el H2O, H2OB (OH)3, es la fuente real de protones:
¿Cómo prepararía una muestra de NaBO2 solido?
Teniendo en cuenta el siguiente equilibrio:
El cual tiene una constante de disociación K = 0.03 y realizando consideraciones del principio de le Chatelier, la forma de obtener el NaBO 2 seria aumentar la temperatura para genera doble efecto; el primero es adicionar energía calórica que ayudara a la excitación de los enlaces y asi favorecer la generación de producto y el segundo es
favorecer la descomposición del peróxido de hidrogeno
desplazando el equilibrio hacia la izquierda.
Compare la formula estructural del peroxoborato de sodio con la fórmula del acido perclórico.
Las estructuras de las especies son:
Acido Perclorico (forma resonante)
Anión peroxoborato
Al comparar las dos estructuras podemos observar que en ambas moléculas el elemento B y Cl comparten enlaces con los oxígenos, se observa el gran poder oxidante de cada una de las especies, las estructuras son planares, y tanto el cloro como el boro están en su máximo estado de oxidación. En ambas estructuras presentan enlaces oxigeno-hidrogeno.
Suponga que tiene una solución 0,1 molar de peroxoborato de sodio. ¿Qué porcentaje se descompondría en peróxido de hidrógeno?
Usando la siguiente ecuación, la cual tiene una constante de disociación K = 0,03. Suponiendo un volumen constante de 1 litro, para poder trabajar en moles en lugar de concentracion:
Se plantea una K de descomposición así:
Y teniendo en cuenta que la cinética de reacción es 1 a 1 podemos plantear la siguiente situación, en el equilibrio reacciona una cantidad x. NaBO3 • H2O ↔ NaBO2 + H2O2 Antes de la descomposición:
0.1
-
-
En el equilibrio:
0.1- x
x
x
Luego la ecuación de equilibrio queda como:
Por lo tanto la cantidad disociada x es igual a: x2 + 0.03 x – 0.003=0 Resolviendo la ecuación obtenemos un valor para x de 0.0418, que serian las moles generadas en equilibrio a partir de 0.1 mol de peroxoborato.
Luego el porcentaje de peróxido obtenido en esta reacción es de
Luego el porcentaje de descomposición en términos de peróxido de hidrogeno es: 14.24 %, el cual es el porcentaje peso a peso.
Escriba la reacción balanceada que describe lo que sucede en las pruebas con permanganato y yoduro.
NaBO3 + HCl
HBO3 + KI
HBO3 + NaCl
KBO3 + HI
Na2B2(O2)2(OH)4 + 2HCl
2H3BO3 + 2KMnO4
2H3BO3 + 2KI
2NaCl + 2H3BO3 + O2(g)
2MnO2 + 2KH2BO3 + 4H2O
2KH2BO3 + 2HI
Describa un procedimiento analítico para determinar el grado de hidratación del peroxoborato.
El método más general para determinar el agua de hidratación de una sal es la separación de dicha agua de hidratación por evaporación, mediante la aplicación de calor. La cantidad de agua evaporada se determina por la pérdida de peso de la muestra. Para ello, se pesa un crisol de porcelana( o un tubo de ensayo), al cual se le añaden 4 ó 5 gramos de sustancia, y se vuelve a pesar. Se calienta el recipiente a la llama directa, pero lentamente, para evitar proyecciones de sólido o de vapor de agua. Se observa desprendimiento de vapor (si se realiza la operación en un tubo de ensayo, condensa en las paredes). Eliminar los posibles restos de agua en las paredes del recipiente con papel de filtro. Volver a pesar el recipiente y anotar el resultado. Se vuelve a calentar el recipiente, y a pesar de nuevo, tras esperar que se enfríe. Comprobar que el peso ha permanecido constante. Existen métodos analíticas más avanzadas como el análisis termogravimétrico, donde se puede observar los cambios que puede sufrir una sustancia con la
variación de la temperatura y el tiempo, esta es de gran ventaja, ya que se utiliza pequeña cantidad de muestra, y muestra los rangos de temperatura exactos donde se daría la deshidratación de la muestra.
7. BIBLIOGRAFÍA.
http://es.wikipedia.org/wiki/Perborato_de_sodio
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Perchloric-acid-2Ddimensions.png
Química Inorgánica estructural, A. F Wells. Editorial Reverte S.A.1978. Pag 888 a 891.
Petrucci Harwood. Quimica General. Principios y Aplicaciones Modernas. Septima edicion.
http://cprcalat.educa.aragon.es/exagua1.html
