RESUMEN: En esta práctica se realizó la reducción del V 5+ hasta V 2+ utilizando como oxidante al aluminio de igual manera se oxido al V 2+ hasta regresarlo a V 5+ con un agente reductor el zinc y se observaron las diferentes coloraciones que este elemento presenta al cambiar de un numero de oxidación a otro.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Identificar los números de oxidación del vanadio por medio de los cambios en la coloración.
OBJETIVO GENERAL: Hacer reaccionar el meta vanadato de amonio (NH ₃VO₃) con cada especie reductiva y oxidante para poder ser oxidado y reducido .
OBJETIVO PARTICULAR: Hallar el color indicado de cada especie de oxidación y reducción del meta vanadato de amonio (NH ₃VO₃)
HIPOTÉSIS: Los diferentes estados de oxidación del vanadio se pueden representar por un color, el cual al tener un estado de oxidación 5+ presenta un color amarillo, al estado de oxidación 4+ será azul, al cambiar a 3+ será verde y al cambiar a 2+ será violeta, así que al oxidar este metal se podrá apreciar el cambio de color, para cada estado ya mencionado.
VARIABLE INDEPENDIENTE: El aluminio como oxidante oxidante para reducir el vanadio y el zinc como reductor para oxidar al vanadio
VARIABLE DEPENDIENTE: Los números de oxidación del vanadio con base a la coloración que presenta cada uno
MARCO TEORICO: Vanadio Elemento químico de símbolo V, número atómico 23, peso atómico 50.942. Es un metal que se utilizó inicialmente en aleaciones con hierro y acero. Varios de los compuestos de vanadio se emplean en la industria química, sobre todo en la
“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” fabricación de catalizadores de oxidación, y en la industria cerámica como agentes colorantes. El vanadio se parece a algunos otros elementos de transición en que forma muchos compuestos que con frecuencia son complejos por su valencia variable. Tiene al menos tres estados de oxidación, 2+, 3+ y 5+. Es anfótero, principalmente básico en los estados de oxidación bajos y ácido en los altos. Forma derivados de radicales más o menos bien definidos, tales como VO 2+ y VO3+. En su forma pura es blando y dúctil. Puede trabajarse en caliente y frío fácilmente, pero debe calentarse en una atmósfera inerte o al vacío a causa de que se oxida rápido a temperaturas por encima del punto de fusión de su óxido. El metal retiene muy bien su fuerza a temperaturas elevadas. La resistencia del vanadio a los ácidos clorhídrico y sulfúrico es notable y resiste el ataque del agua salada aereada mejor que la mayor parte de los aceros inoxidables. Sin embargo, el vanadio no resiste al ácido nítrico.
Efectos del Vanadio sobre la salud La mayor acumulación de Vanadio en los seres humanos tiene lugar a través de las comidas, como es, trigo, semilla de soja, aceite de oliva, aceite de girasol, manzanas y huevos. El Vanadio puede tener un número de efectos sobre la salud humana, cuando la toma es muy alta. Cuando el Vanadio es acumulado a través del aire, puede causar bronquitis y neumonía. Los efectos graves del Vanadio son irritación de pulmones, garganta, ojos y cavidades nasales. Otros efectos sobre la salud cuando se toma Vanadio son:
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO”
Daño cardiáco y vascular. Inflamación del estómago e intestinos Daño en el sistema nervioso Sangrado del hígado y riñones Irritación de la piel Temblores severos y parálisis Sangrado de la nariz y dolor de cabeza Mareos Cambios de comportamiento
Efectos ambientales del Vanadio El Vanadio puede ser encontrado en el ambiente, en algas, plantas, invertebrados, peces y muchas otras especies. En mejillones y cangrejos se acumula fuertemente, el cual puede ser acumulado en concentraciones de 10 5 a 106 veces mayores que las concentraciones que son encontradas en el agua salada. El Vanadio causa la inhibición de ciertas enzimas de animales, lo cual tiene varios efectos neurológicos. Próximo a los efectos neurológicos el Vanadio puede causar desordenes respiratorios, parálisis y efectos negativos en el hígado y los riñones. Las pruebas de laboratorio en pruebas con animales han mostrado, que el Vanadio puede causar daño en el sistema reproductivo de animales machos, y el Vanadio puede causar alteraciones del ADN en algunos casos, pero no puede causar cáncer en animales.
Reacciones redox: En 1718 Georg Stahl propuso la existencia del “Flogisto”. Cuando un oxido se calienta en presencia de carbono absorben de la atmosfera al flogisto y al hacer combustión lo liberan. 1772 Louis-Bernard Guyton Morveau postula y demuestra que los metales ganan peso durante la combustión.
Antoine Laurent de Lavoisier se atreve a a desechar la teoría del “Flogisto” y proponer que la combustión se debe a la adición de oxigeno al metal (oxidación) y que la formación de un metal a partir de un óxido corresponde a la perdida de oxígeno (reducción)
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” Oxidación vs Reducción
Numero de oxidación (Estado de oxidación) El estado de oxidación, frecuentemente llamado número de oxidación, de un elemento es un concepto empírico definido como la carga iónica efectiva obtenida por exagerar el desplazamiento de los electrones en un enlace covalente y suponiendo que la transferencia es completa. Por ejemplo, el compuesto cloruro de hidrógeno o ácido clorhídrico HCl está formado por los átomos H y Cl unidos mediante un par de electrones, uno procedente del H y el otro del Cl. Se representa electrónicamente por H:Cl, y el Cl atrae a los electrones de enlace con más intensidad que el H, debido a que tiene una carga nuclear mayor (Z=17) que la del H (Z=1). El resultado es que estos electrones se desplazan hacia el Cl. Es decir, hay un desplazamiento parcial de los electrones hacia el átomo de Cl. Este fenómeno lo representamos mediante H+Cl- y decimos que el número de oxidación del H es +1 y que el número de oxidación del Cl es -1. Los estados de oxidación generalmente son representados por números enteros, que pueden ser positivos, negativos o cero. En algunos casos el estado de oxidación promedio de un elemento es una fracción, como por ejemplo 8/3 para el Hierro en la Magnetita (Fe 3O4).
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” El mayor número de oxidación conocido es +8 en los tetraóxidos (MO 4) de rutenio, xenón, osmio, iridio, hassio, plutonio, y el curio, mientras que el estado de oxidación conocido más bajo es -4 para algunos elementos del grupo del carbono. La oxidación fue estudiada por primera vez por Antoine Lavoisier, quien creía que la oxidación siempre era el resultado de reacciones con el oxígeno, y de ahí el nombre. Aunque se ha demostrado que la idea original de Lavoisier era incorrecta el nombre propuesto por él se sigue utilizando hasta el día de hoy, pero de una forma más general y no solo para referirse a reacciones con el oxígeno. Los estados o números de oxidación fueron uno de los "peldaños" intelectuales que Mendeleev utilizó para obtener la tabla periódica. El concepto actual de estado de oxidación fue introducido en el año 1838 por W. M. Latimer. Luego en 1940 IUPAC recomendó el uso del término número de oxidación para reemplazar el número de Stock. Cuando se habla del número de oxidación de un elemento hay que tener presente que el n mero de oxidaci n de los elementos qu micos en
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los compuestos no tiene por qu e ser siempre el mismo. Hay varios métodos para
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determinar el n mero de oxidaci n de un elemento qu ímico, en un determinado compuesto. Uno de los más utilizados consiste en la aplicación de una serie de reglas que vamos a ver posteriormente. Las reglas, se basan en las ideas que los químicos han desarrollado sobre el proceso que siguen los tomos en las mole culas compartiendo sus electrones. Estas reglas para asignar un número de
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oxidación a un elemento se aplican en un orden dado y debemos parar cuando se halla obtenido el número de oxidación, ya que una regla posterior podría contradecir una anterior.
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” Reglas para asignar el número de oxidación para un elemento 1.- El número de oxidación de un átomo como elemento es 0 2.- El número de oxidación de un ion monoatómico es igual a su carga 3.- La suma algebraica de los numero de oxidación de un compuesto poliatómico neutro es igual a cero; en un ion poliatómico es igual a su carga 4.- En combinación de elementos, el elemento mas electronegativo tiene un número de oxidación negativo característico (p.ej., -3 para el nitrógeno, -2 para el oxígeno, -1 para el cloro), y el elemento mas electropositivo tiene número de oxidación positivo. 5.- El hidrógeno normalmente tiene numero de oxidación +1 ( excepto con los elemento mas electropositivos que el, donde es -1)
Agente reductor y agente oxidante Agente reductor: Sustancia con tendencia a oxidarse, capaz de reducir a otra. Agente oxidante: Sustancia con tendencia a reducirse, capaz de oxidar a otra.
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” MATERIALES: -
Tubos de ensayo Gradilla Espátula Pipeta graduada de 2 ml Pipetas pasteur
REACTIVOS : -
Solución de meta vanadato de amonio NH ₃VO₃ Zinc (Zn) metalico en polvo KMnO4 (0.01 M)
METODOLOGIA:
1. Colocar en un tubo de ensaye 2 mL de disolución de NH4VO3 10% m/v en medio ácido. Etiquetar este tubo con la especie que contiene. Observa su color, ¿qué estado de oxidación presenta el vanadio? 2. Colocar en otro tubo de ensayo 6 mL de disolución de NH4VO3 10% m/v en
medio cido, llamaremos a éste, “tubo de reaccin.” 3. Agregar una punta de espátula de cinc metálico en polvo al tubo de reacción y dejar que comience la reacción. 4. Al cambiar el color a azul, separar 2mL de la solución (sin polvo de cinc) en otro tubo de ensayo, y etiquetarlo con la especie que se formó, usando como guía la tabla 1. 5. Cuando la solución en el tubo de reacción haya cambiado a verde, separar 2mL de la solución (sin polvo de cinc) en otro tubo de ensayo y etiquetarlo con la especie que se formó, usando como guía la tabla 1. 6. Cuando la solución en el tubo de reacción haya tomado color morado, etiquetarlo con la especie que se formó y filtrar el exceso de cinc metálico. 7. Añadir, gota a gota, disolución de KMnO4, 0.01 M a cada uno de los cuatro tubos. Registrar cuidadosamente las observaciones en la tabla de resultados.
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” REACCIONES:
Zn2+
V2+
Al3+
V3+
VO2+
VO22+ E° (v)
1.66
-
Al
°
-0.77
1.13
-
V°
-0.26
V2+
0.34
V3+
1
VO2+
Zn °
PRIMERA REACCIÓN: VO2 + Zn° AMARILLO
Zn2+ + VO2+ AZUL
1 ( Zn° 2( 2 H+ + 1e- + VO2+ 4H+ + 2VO2 + + Zn°
Zn2+ + 2 e- ) VO2+ + H2O ) Zn2+ + 2VO2+ + 2H2O
SEGUNDA REACCIÓN: VO2+ + Zn°
Zn2+ + V3+
AZUL
VERDE
1 ( Zn° 2( 2H+ + 1e- + VO2+ 4H+ + 2e- + 2 VO2+ + Zn°
Zn2+ + 2 e- ) V3+ + H2O ) Zn2+ + 2e- + 2V3+ + 2H2O
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” TERCERA REACCIÓN: V3+ + Zn°
Zn2+ + V2+
VERDE
VIOLETA
Zn2+ + 2 e- )
1 ( Zn° 2 ( 1e- + V3+
V2+ )
Zn° + 2e- + 2 V3+
Zn2+ + 2e- + 2V2+
CUARTA REACCIÓN: V2+ + Al°
Al3+ + V° GRIS
VIOLETA
Al3+ + 3e- )
2 ( Al° 3 ( 2e- + V2+
V° )
3Al° + 6e- + 2 V2+
V2+
Al3+
Zn2+
3Al3+ + 6e- + 3V°
V3+
VO2+
VO22+ E° (v)
1.66
-
Al°
1.13
-
-0.77
V°
-0.26
V2+
0.34
V3+
Zn °
8
1
VO2+
“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” PRIMERA REACCIÓN: V° + MnO4-
V2+ + Mn2+ VIOLETA
GRIS
5 ( V°
V2+ + 2e- )
2 ( 8H- + 5e- + MnO4-
Mn2+ + 4H2O)
10H+ + 10e- + 2MnO4- + 5 V°
5V2+ + 10e- + 2 Mn2+ + 8H2O
SEGUNDA REACCIÓN: V2+ + MnO4-
V3+ + Mn2+ VERDE
VIOLETA
1 ( 8H+ + 5e- + MnO4-
Mn2+ + 4H2O)
5 ( V2+
V 3+ + 1e- )
8H+ + 5e- + MnO4- + 5 V2+
Mn2+ + 5e- + 5 V3+ + 4H2O
TERCERA REACCION: V3+ + MnO4-
VO2+ + Mn2+ AZUL
VERDE
1 ( 8H+ + 5e- + MnO45 (H2O+ V3+
Mn2+ + 4H2O) VO 2+ + 1e- + 2H+ )
8H+ + 5e- + MnO4- + 5 H2O + 5 V3+
Mn2+ + 5e- + 5 VO2+ + 4H2O + 10H+
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO”
CUARTA REACCIÓN: VO2+ + MnO4-
VO2+ + Mn2+ AMARILLO
AZUL
1 ( 8H+ + 5e- + MnO45 (H2O+ VO2+
Mn2+ + 4H2O) VO 2+ + 1e- + 2H+ )
8H+ + 5e- + MnO4- + 5 H2O + 5 VO2+
Mn2+ + 5e- + 5 VO2+ + 4H2O + 10H+
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” RESULTADOS: REACCIONES CON ZINC TUBO
COLOR ESPECIE DEL VANADIO PRESENTE EN EL TUBO
1
AMARILLO
VO2 + Zn°
2
AZUL
VO2+ + Zn°
3
VERDE
V3+ + Zn°
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO”
4
VIOLETA
V2+ + Zn2+
5
GRIS
V° + Al3+
REDUCCIÓN
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” REACCIONES CON PERMANGANATO TUBO
COLOR
ESPECIE DEL VANADIO PRESENTE EN EL TUBO
1
GRIS
5V° + 2MnO4
2
VIOLETA
5V2+ + MnO4
3
VERDE
5V3+ + MnO4
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO”
4
AZUL
5 VO2+ + Mn2+
5
AMARILLO
5VO2+ + Mn2+
OXIDACIÓN
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“OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN DEL VANADIO” Análisis de Resultados Como se puede observar en los resultados el vanadio se oxido a sus estados correspondientes manifestando en colores. En la práctica, en el primer tubo de ensayo se añadió cinc en exceso y provoco que se el metavanadato se oxidara en su último estado y se pasó de un color amarillo a un violeta. Se tomó otra solución de metavanadato y se procedió a oxidarlo esta vez de manera cuidadosa. Al irle adicionado el cinc se fueron mostrando diferentes coloraciones; en este caso se fue oxidando y se tomaba una muestra del tubo de ensayo donde se oxido y se fue haciendo el mismo proceso hasta llegar al último estado de oxidación donde se mostraba el color violeta. Teniendo los diferentes estados de oxidación del metavanadato se procedió a realizar a reducirlo con permanganato de cromo, en este proceso cada solución oxidada iba a cambiar de color como se muestra en tablas.
Conclusión Con esta práctica se demostró las reacciones de oxidación y reducción demostrando con el metavanadato y mostrando su color para cada estado, y en esta práctica fue cualitativa, y solo con la observación se comprobó el estado de oxidación y reducción.
Referencias bibliográficas. Gary D. Christian. Quimica analítica. 6ta ed.Mc Graw Hill, 2008. Pag 354
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