Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Laboratorio de Química Inorgánica I
Práctica !xidación de metales " #ro#iedades #eriódicas
Integrantes $olín %odrígue& 'essica Fernánde& Ló#e& Lorena Martíne& (alas Miriam )a#ia $arlos *iovann" *iovann " +*ru#o ,-+
*ru#o ,. Fec/a de entrega ,0 de 1ebrero de ,02.
Introducción Para comen&ar debemos de tener en cuenta 3ue un gran n4mero de reacciones 3uímicas im#lican cambios de estados de oxidación5 donde los n4meros de oxidación son valores teóricos 3ue sirven #ara sim#li1icar la contabilidad de los electrones6 A/ora bien de acuerdo a las variaciones #eriódicas de los n4meros de oxidación5 tenemos 3ue los n4meros de oxidación de los elementos re#resentativos ex/iben #atrones5 donde la tendencia más obvia es el incremento gradual en el n4mero de oxidación #ositivo a medida 3ue se avan&a de i&3uierda a derec/a en los #eriodos6 7l n4mero de oxidación #ositivo máximo de un átomo es igual al n4mero de electrones 3ue /a" en su con8unto de orbitales externos6 %etomando lo anterior con ello se llega a lo 3ue son las reacciones redox o #roceso redox5 en las 3ue una sustancia se oxida " la otra se reduce6 Por lo 3ue res#ecta a esta #ráctica re#ortada se determinara la oxidación de ciertos materiales " las tendencias #eriódicas con las 3ue se relaciona como
Radio atómico: Mitad de la distancia 3ue se#ara los n4cleos de dos átomos vecinos6 Por otra #arte una tendencia estrec/amente relacionada con la con1iguración electrónica es la energía de ioni&ación6
Energía de ionización: 7nergía necesaria 9:';mol< #ara remover un electrón de un átomo en estado gaseoso en su estado 1undamental6 Afinidad electrónica: =alor negativo del cambio de energía 3ue se desarrolla cuando un átomo en estado gaseoso ace#ta un electrón #ara 1ormar un anión6 Electronegatividad: $a#acidad de un átomo #ara atraer /acia sí los electrones de un enlace 3uímico Carga nuclear: 7s la carga ca#tada #or un electrón cuando se toman en cuenta tanto la carga nuclear > como los e1ectos re#ulsivos 9#antalla de los demás electrones<6 7n esta #ráctica se llevará a cabo la oxidación de metales? el carácter metálico generalmente aumenta con1orme ba8amos #or una columna de la tabla #eriódica " disminu"e con1orme avan&amos de i&3uierda a derec/a en una 1ila6 Los metales tienden a tener energías de ioni&ación ba8as " #or lo tanto tienden a 1ormar iones electro#ositivos con 1acilidad6 Por lo tanto5 los metales se oxidan 9#ierden electrones< cuando #artici#an en reacciones 3uímicas6 Muc/os metales se oxidan con diversas sustancias comunes5 incluidos en !, " los ácidos6
Objetivos • •
(er ca#aces de visuali&ar cuando se lleva a cabo o no una oxidación de metales6 $ambiar las condiciones de reacción #ara 3ue se 1avore&ca la oxidación de metales6
•
Identi1icar las #ro#iedades #eriódicas de los elementos 3ue varían de acuerdo con su tendencia a oxidarse6
Desarrollo exerimental (e llevaron a cabo cinco reacciones 3uímicas? la #rimer reacción se e1ectuó al combinar sodio solido con agua destilada dándose la reacción a condiciones estándar " de 1orma es#ontánea la evidencia 3uímica del evento está en 1unción de la #resencia de @ , des#rendiéndose " además al agregar indicador universal observamos su carácter acido base6 Para la segunda reacción se aBadió agua destilada el tubo con magnesio no obstante la reacción no se e1ectuó #or lo 3ue 1ue necesario a#ortar energía calorí1ica al sistema reaccionante #or medio de una lám#ara de alco/ol de esta manera la reacción 1ue exitosa " nuevamente se observó su carácter acidobase #or medio del indicador universal6 7n el caso del estaBo la reacción no se llevó a cabo ni con agua destilada ni Ccalentando #o3uitoD5 1ue necesario retirar el agua destilada " adicionar ácido clor/ídrico e1ectuándose la reacción de sustitución sim#le6 Para el caso de la #lata des#ués de intentar /acerla reaccionar con agua destilada en 1rio " en caliente se retiró el agua del tubo de ensa"e #ara adicionar ácido clor/ídrico " el intento 1ue un 1racaso así 3ue es necesario en8uagar la sustancia 9Ag< /asta 3ue 3uede com#letamente lim#ia6 Ea lim#ia se agregó ácido nítrico 9@N! < en ese momento se llevó a cabo la reacción6 Para el caso del #latino todos los intentos 1ueron en vano así 3ue se en8uago " se entregó al laboratorista6 (e anexa un diagrama con los eventos reali&ados6
Añadir a cada tubo de ensaye aproimadamente ! ml de agua destilada.
"n el tubo #ue conten$a sodio se lle%ó a cabo la reacción y se colocó cerca de la lampara de alco&ol con la 'nalidad de obser%ar el color de la ama #ue se desprendia.
erminada la reacción se agregó indicador uni%ersal* base para %eri'car su caracter acido*base.
+os tubos restantes (dond no ocurrio reacción). Acercar a lampara de alco&ol y obser%ar si eiste reacción #uimica.
-olocar indicador uni%ersal en los tubos apara comprobar #ue el tubo de ensaye con magnesio, a&ora presentar un caracter bsico.
/espeto a nuestras sustancias #ue &asta el momento no reaccionarón se #uitó toda el agua y se agregó 0-l a cada uno de los tubos siendo el estaño y la plata las sustancias #ue no reaccionarón.
Se retiró el cido de los tubos #ue no reaccionarón y las sustancias se 1limpiarón1 con agua destilada.
Se agregó a dic&os tubos (Ag y Sn) aproimidamente 2 ml de 0N34.
Se calentó ambos tubos &asta obser%ar #ue se lle%ó a cabo reacción #u$mica con la plata, es decir, con el platino no.
Se acercó la boca del tubo de ensaye con Ag para %er si se desprend$a una lama sin embargo no fue as$.
Se %aciaron los desec&os en sus respecti%os recipientes y entregamos el platino sin reaccionar al laboratorista.
Se colocó en cinco tubos de ensaye diferentes un trozo de sodio (Na), plata (Ag), platino (Pt), estaño (Sn) y magnesio (Mg).
Resultados
@,!9l< @,!9l< caliente @$l9ac< @N!9ac<
)abla 26 7x#erimentos llevados a cabo Na9s< Mg9s< (n9s< Ag9s< (í No No No reacciona reacciona reacciona reacciona (í No No reacciona reacciona reacciona (í No reacciona reacciona (í reacciona
Pt9s< No reacciona No reacciona No reacciona No reacciona
Reacciones !ue se llevaron a cabo )abla ,6 %eacciones llevadas a cabo ,Na9s< G ,@,!9l< H ,Na!@9ac< G @,9g<
Mg9s< G ,@,!9l< H Mg9!@<,9ac< G @,9g<
!bservaciones Indicador universal color a&ul5 se vio burbu8eo5 al llevarse a cabo la reacción el tubo de ensa"e se calentó un #oco6 Indicador universal color a&ul5 con agua a tem#eratura ambiente reaccionó sólo un #oco " el indicador se veía de color verde5 /ubo a#arición de burbu8as sobre el metal6
(n9s< G @,!9l< H No reacciona (n9s< G @,!9l< H No reacciona (n9s< G ,@$l9ac< H (n$l,9s< G @,9g<
7l tubo tomó una coloración verde mu" tenue5 /ubo burbu8eo6
Ag9s< G @,!9l< H No reacciona Ag9s< G @,!9l< H No reacciona Ag9s< G @$l9ac< H No reacciona Ag9s< G @N!9ac< H ,AgN!9s< G N!9g< G@,! 9l< Pt9s< G @,!9l< H No reacciona
7l tubo de ensa"e tomó un color ca1é5 debido a la liberación de N!6
Pt9s< G @,!9l< H No reacciona Pt9s< G @$l9ac< H No reacciona Pt9s< G @N!9ac< H No reacciona
7n las reacciones5 los oxidantes 1ueron el agua " los ácidos5 en el caso de la #lata se tuvo 3ue usar agua regia 9@N! G @$l< #or3ue el ion cloruro tiene la ca#acidad de 1ormar com#le8os5 #or esta ra&ón tuvimos 3ue en8uagar bien los metales des#ués de /aberlos
#uesto en contacto con el @$l " el @N! 67l #latino no reaccionó debido a 3ue es un metal noble5 mu" estable6
"r#ficas Gráficas referentes a la pregunta 6 *ra1ica 26 7nergía de ioni&ación 5.; 5.:7 5.: /< = 5.77 5.97 5.9 5.87
Energía de ionización I
5.8 +inear ()
5.77 5.7 5.67 *4
*2
5.6 *! 5
!
2
Potenciales estandar de reducción
*rá1ica ,6 %adio Iónico !65 !45 !25 !!5
Radio Iónico +inear () /< = 5.52
!55
+inear ()
;5
*4
*2.7
*2
*!.7
*!
*5.7
:5 5
5.7
Potencial estándar de reducción
!
!.7
*rá1ica 6 7lectronegatividad 2.7 /< = 5.9;
2 !.7
Electronegatividad
!
+inear () +inear ()
5.7 5 *4
*2
*!
5
!
2
Potencial estándar de reducción
Conclusiones La tabla #eriódica cuanta con ciertas #ro#iedades 3ue llevan un #atrón5 gracias a las grá1icas #udimos observar el #atrón 3ue sigue el #otencial estándar de reducción con la electronegatividad5 radio iónico " energía de ioni&ación6 (e llevaron a cabo reacciones de oxidación de metales5 sometiéndolas a distintos reactivos " variando las condiciones6 7stas reacciones se #ueden #redecir teóricamente gracias al #otencial estándar de reducción6 A menor valor de #otencial de reducción más 1ácil se va a ser llevar a cabo la oxidación La oxidación de metales está relacionada a las #ro#iedades #eriódicas5 un e8em#lo es la electronegatividad? a menor valor de electronegatividad tenga el elemento más 1ácil se va a oxidar6
Cuestionario 26 A cada uno de los cinco tubos aBade5 con muc/o cuidado5 a#roximadamente 2 mL de agua destilada6 (e#ara el o los tubos en los 3ue /ubo reacción " anota a cuál o cuáles metales corres#onden Sodio (Na) a< 7n el tubo en el 3ue se observe alguna reacción5 acerca rá#idamente la boca del tubo a la 1lama del mec/ero " anota tus observaciones b< Qué color tiene el gas 3ue se des#rendióJ Naranja c< 7scribe com#leta " balanceada la ecuación de la reacción 3ue se llevó a cabo
2Na(s) +2
H 2
O(l)
2NaOH(ac) + H 2(g)
d< Al tubo donde /ubo reacción5 aBade una gota de indicador universal #ara con1irmar los #roductos de la reacción6 El colorante se tornó de color azul lo cual nos indica !ue era un pH "ásico# e< Identi1ica a la es#ecie oxidante El agua
,6 A los tubos en los 3ue no /a /abido reacción5 caliéntalos suavemente con el mec/ero6 (elecciona el o los tubos en los 3ue observaste alg4n cambio " toma nota del metal o metales de 3ue se tratan $agnesio($g) se o"ser%ó "ur"ujeo !ue indica desprendi&iento de 'idrogeno a< 7scribe com#leta " balanceada la ecuación de la reacción 3ue tuvo lugar
$g (s) + 2
H 2
H
O ( l)
$g(O
¿¿ (
2 ac
)
+
H 2
(g)
Adiciona a este 4ltimo tubo una gota de indicador universal #ara con1irmar los #roductos de la reacción6 Se o"tu%o un color azul oscuro despus de agregar el indicador uni%ersal b<6 Identi1ica a la es#ecie oxidante El agua #
6 A cada uno de los tubos en los 3ue no /a /abido reacción5 deséc/ales el agua " agrégales con cuidado unas gotas de ácido clor/ídrico concentrado6 A#arta el o los tubos en los 3ue sí /ubo reacción " registra tus observaciones Estao (Sn) se o"ser%o desprendi&iento de gas * "ur"ujeo a<67scribe com#leta " balanceada la ecuación de la reacción corres#ondiente en este caso Sn(s) + 2Hl(ac)
Sn
Cl2 ( ac)
+
H 2( g )
b<6 7stablece cuál es la es#ecie oxidante El Hl -6 IMP!%)AN)7 A los metales 3ue no /an reaccionado5 elimínales la disolución de ácido clor/ídrico 3ue contienen " en8uágalos mu" bien con agua destilada5 asegurándote 3ue eliminas los iones cloruro #or com#leto6 Para esto5 cuando consideres 3ue los tubos están libres de cloruros5 agrega un #oco de agua destilada " una gota de disolución de nitrato de #lata6 (i a#arece una turbide&5 vuelve a lavar con agua destilada5 /asta 3ue
esta #rueba dé negativa6 7ntonces5 " sólo /asta entonces5 agrégales 2 mL de ácido nítrico concentrado6 $alienta ligeramente sobre el mec/ero6 a<6 Qué color #resenta el gas 3ue se des#rendeJ afe b<6 Por 3ué el ácido clor/ídrico no oxidó a la #lata " el ácido nítrico síJ ,e acuerdo al potencial de reducción la reacción entre el acido clor'-drico * la plata no se %e fa%orecida &ientras !ue le reacción entre el ácido n-trico * plata si es fa%orecida c<6 7scribe com#leta " balanceada la ecuación de la reacción entre la #lata " el ácido nítrico .g (s) +
HNO3( ac )
d<6 Identi1ica a la es#ecie oxidante El
2.g
NO3 ( ac)
+ H 2(g) + H 2O
HNO3
N!)A $oloca los desec/os con Ag " (n en los de#ósitos corres#ondientes " devuelve tu trocito de Pt al #ro1esor Análisis global de los resultados 26 !rdena los cinco elementos estudiados5 del más 1ácilmente oxidable al más resistente a la oxidación Na $g Sn .g * /t ,6 Kis#ón a estos metales5 del reductor más 1uerte al reductor más débil Na $g Sn .g * /t 6 $onsulta en las tablas de los a#éndices de este manual los valores de algunas de sus #ro#iedades #eriódicas 9energía de ioni&ación5 electronegatividad " radio iónico
Na
2#345 7
.g + + e
.g
5#36 7
$g 2+ + 2e
$g
Sn 2+ + 2e
Sn
2#839 7
/t 2+ + 2e
/t
4#2 7
5#486: 7
6 *ra1ica los valores de 7 contra los de las #ro#iedades #eriódicas 3ue consultaste en la #regunta O6 $on 3ué otros cinco metales #udo /aberse reali&ado esta #rácticaJ a d Sn /d * .u 6 )orito Por 3ué es tan im#ortante lavar ex/austivamente con agua destilada a los dos 4ltimos metales antes de agregarles ácido nítricoJ ,espues de 'a"er tenido su&ergido a los &etales en Hl se tiene !ue enguajar &u* "ien *a !ue al agregar
HNO3
si
no enguaja&os "ien se puede for&ar agua regia !ue disuel%e a los &etales Pregunta adicional 206 (e tienen dos muestras5 una de cobre 97 R 06- =< " otra de cadmio 97 R 06-0 =<6 A las dos se les aBade ácido clor/ídrico " sólo una de ellas reacciona6 Ki a 3ué elemento corres#onde esta muestra " escribe com#leta " balanceada la ecuación #ara la reacción 3ue se lleva a cabo6 ad&io0
d(s) + 2Hl(ac)
d
Cl2 ( ac)
+
H 2
(g)
$ibliografía %a"ner$an/am *eo115 SQuimica Inorgánica Kescri#tivaS5 , edición5 7ditt6 Pearson5 México5 ,0006 Pág 9,O5 2.-2.< roTn5 )/eodore6 CQuímica6 La ciencia centralD5 edición5 Pearson 7ducacion5 México5 ,00-5 Pág6 9,.,,.-<
