SÍNTESIS DEL TRIOXALATO CROMATO (III) DE POTASIO TRIHIDRATADO K3[Cr(C2O4)3].3H2O
Gutiérrez, Karol1, Vernon Francheska1, Ramos Roger 1, Arjona Esteban1
1
Escuela de Química, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Universidad Autónoma de Chiriquí Chiriquí
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Resumen En esta experiencia se sintetizo el complejo conocido como trioxalato cromato (III) de potasio trihidratado. Para esto se utilizó dicromato de potasio, ácido oxálico dihidratado y oxalato de potasio monohidratado, logrando así mediante la formación de reacciones intermediarias, la formación del mismo con un color verde oscuro. Para la caracterización del complejo se utilizó la prueba de comportamiento de la luz, dando positiva con un cambio de color de verde a morado y se determinó el punto de fusión, el cual fue de 229 °C, acercándose al teórico de 230°C, del cual obtuvimos un porcentaje de error de 0.43%, mediante estas pruebas podemos decir que se trata del complejo Trioxalato Cromato (III) de Potasio Trihidratado. Dentro del porcentaje de rendimiento obtenido en la preparación del mismo, fue de 97.67 % con un porcentaje de error de 2.33 %, de los cuales se puede concluir que se presentaron errores de perdida en la preparación de la síntesis del complejo. Palabras claves: Síntesis, ion complejo, ligandos, compuesto de coordinación, precipitación. Objetivo Preparar experimentalmente el complejo trioxalato cromato (lll) de potasio trihidratado Calcular el porcentaje de rendimiento que se obtiene en esta reacción. Determinar la presencia del complejo mediante pruebas cualitativas. Marco teórico Justifica
Housecroff
&
Sharpe,
(2006).
La capacidad para formar complejos es común a todos los iones metálicos, los complejos más numerosos e interesantes son los que forman los elementos de transición. Los científicos han reconocido desde hace mucho tiempo que las propiedades magnéticas y el color de los complejos de metales de transición están relacionados con la presencia de electrones d en los orbitales metálicos. Se puede considerar que la base (es decir, el ligando) dona un par de electrones a un orbital vacío apropiado del metal. Sin embargo, se puede suponer que gran parte de la interacción atractiva entre el
ion metálico y los ligandos que lo rodean se debe a las fuerzas electrostáticas entre la carga positiva del metal y las cargas negativas de los ligandos. Si el ligando es iónico, como en el caso del Cl - o del SCN -, la interacción electrostática se produce entre la carga positiva del centro metálico y la carga negativa del ligando. Cuando el ligando es neutro, como en el caso del H 2O o del NH3, los extremos negativos de estas moléculas polares, que contienen un par de electrones no compartido, están orientados hacia el metal. En este caso la interacción atractiva es del tipo ion-dipolo. Según
Ayner-Canham,
(2000), El ácido
oxálico (o ácido etanodioico), de estructura HOOC-COOH, es el más simple de los ácidos dicarboxílicos alifáticos. La forma comercial más común es la deshidratada, de fórmula molecular: C2H2O4.2H2O. También puede expresarse la fórmula como: HOOCCOOH.2H2O. Se trata de un ácido orgánico saturado, de cadena normal, y muy fuerte (10000 veces más fuerte que el ácido
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acético). Gracias al enlace entre los dos grupos carboxilos, el ácido oxálico es uno de los ácidos orgánicos más fuertes (pKa 1 = 1.27 y pKa 2 = 4.27). Los aniones del ácido oxálico, así como sus sales y ésteres, se conocen como oxalatos. El ácido oxálico se produce en estado natural en forma de oxalato de potasio o de calcio en las raíces y rizomas de muchas plantas, como la acedera, el ruibarbo, la remolacha, y las plantas de la familia Oxalis. disociación de protones desde el ácido oxálico se produce de forma gradual, como ocurre con otros ácidos polipró-ticos. La pérdida de un solo protón resulta en el anión monovalente hidrogenoxalato (HC2O4-). Una sal con este anión suele llamarse oxalato ácido, oxalato monobásico, u oxalato de hidrógeno. La constante de equilibrio para esta ionización es log(Ka) = 1.27. La segunda ionización, que produce el anión oxalato, tiene la constante log(Ka) = 4.28. Cita
Pérez,
(2015). La
–
–
De acuerdo con Morales, (2013). Los iones
negativos tales como el ion oxalato pueden donar electrones a un ion metálico cargado positivamente y forman un complejo de coordinación. Los iones negativos en este complejo se denominan ligandos. El oxalato es un ligando importante en la química inorgánica, y muchos complejos de oxalato comparten ciertas características en común. Como regla general, los complejos de oxalato tienden a ser insolubles en agua. Hay excepciones; los elementos del grupo 1 de la tabla periódica (potasio, sodio, etc) forman sales solubles de oxalato. Muchos ligandos tales como el agua sólo se unen a iones metálicos en el complejo en un sitio. El oxalato, sin embargo, se une a un ion en dos sitios, con dos de los átomos de oxígeno en el ion oxalato donando electrones al ion metálico central. Por esta razón, los químicos lo llaman un ligando bidentado (bi significa
dos y dentado significa dientes). A veces el oxalato también puede formar complejos con un ion de metal donde también participan otros ligandos. De acuerdo a Sharpe (1996), El principio de
incertidumbre de Heisenberg establece que no se puede saber la ubicación de un electrón y su impulso con absoluta precisión al mismo tiempo. Sin embargo, se puede calcular donde en un átomo estarán los electrones y las regiones de espacio donde será posible encontrarlos los cuales son llamados orbitales. Cuando los ligandos tales como el oxalato se unen a un ion de metal, algunos de los orbitales de los iones terminan con más energía que otros. La diferencia en energía se llama, división de campo, y es importante para determinar el color del complejo y sus propiedades magnéticas. Algunos ligan-dos inducen una división de campo mayor que otros. Los ligandos se clasifican en un orden de mayor a menor campo de división lo cual proporciona una lista llamada la serie espectroquímica. El oxalato se encuentra a la mitad de la serie espectroquímica, por lo que causa un mayor campo de división de ligandos que los iones de cloruro o floruro pero más pequeño que los iones de cianuro o monóxido de carbono.
Materiales y reactivos Tabla1. Materiales. Descripción Goteros Probeta Vasos químicos Policial Espátula Balanza Plancha Bomba de vacío Papel filtro Embudo buchner Termómetro Horno Tubos de ensayo
Capacidad cantidad 1 mL 2 (10-50) mL 2 (100-250) mL 4 2 1 (0 200) g 1 1 1 1 1 (0-120) ºC 1 1 10 mL 2 –
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Fusionometro capilares
-
1 2
Tabla2.Reactivos. Reactivos Cantidad Conc. [ ] Dicromato de 3.6 Conc. potasio (K2Cr 2O7) ácido oxálico 10 g Conc. dihidratado (H2C2O4. 2H2O) Oxalato potásico 4.2 g Conc. monohidratado (K2C2O.H2O) Solución de ácido 10 gotas 10% oxálico dihidratado (H2C2O4. 2H2O) Etanol (CH3CH2OH) 15 mL 95% Etanol/agua 1:1 5 mL Conc.
Fase Experimental A. Síntesis del trioxalato cromato (III) de potasio trihidratado. Se adicionó a 3.6 g de dicromato de potasio finamente macerado a una solución de ácido oxálico dihidratado preparado a partir de 10.0 g diluidos en 25 mL de agua.
Se calentó la mezcla hasta casi ebullición y, en ese momento se adicionó 4.2 g de oxalato de potasio mono-hidratado hasta que se disolvió por completo.
Posteriormente se enfrió en un baño hielo y se adicionó 10 mL de etanol. Los cristales se recogieron por filtración, se lavaron con una mezcla de etanolagua 1:1 y luego con etanol, finalmente se dejó secar al vacío.
Peso de H2C2O4 Peso del papel filtro Papel filtro + muestra Muestra Gramos teóricos
10.0128 g 0.8501g 12.5010 g 11.6509 g 11.9291 g
[()]. Peso molecular [()].
487.30 g/mol
Porcentaje de rendimiento Porcentaje de error de la muestra
97.67% 2.33%
Reacción K2Cr 2O7+ 7H2C2O4 +2K2C2O4 2K3[Cr(C2O4).3H2O +6CO2+H2O →
Trioxalatocromato (III) de Potasio trihidratado (Negro verdoso)
Ecuación 1. Reacción general de la síntesis del Trioxalatocromato (III) de Potasio trihidratado.
Cálculos
Gramos teóricos 3.6010g K2Cr 2O7 (294.2 )
2 [Cr()].)(487. [Cr()].)= ( [Cr()]. 11.9291 g [( ) ]. P orcentaje de R endimiento gramos experimental Porcentaje de rendimiento= gramos teóricos ∗100
.659 g =.929 g ∗ 100 = . %
P orcentaje de err or Porcentaje de gramos teoricos−gramos experimental error= ∗100 gramos teóricos
.929−.659 Porcentaje de error= .929 ∗100 Porcentaje de error= 2.33 % de error
Resultados A. Síntesis del tris oxalato cromato (III) de potasio trihidratado K3[Cr(C2O4)3].3H2O Tabla3. Datos obtenidos en la síntesis del trioxalato cromato (III) de potasio hidratado K3[Cr(C2O4)3].3H2O. Descripción Peso de K2Cr 2O7 Peso molecular K2Cr 2O7
Resultados 3.6010 g 294.20 g/mol
Figura 1. Cristales del complejo [(2 4 ) ].32 O
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metal a través de dos átomos de oxigeno formando un quelato como se explicó anteriormente, esta estructura se muestra en la figura 3.
Discusión En esta experimentación se llevó a cabo la síntesis del trioxalato cromato (III) de potasio trihidratado. La síntesis del complejo se realizó mediante una serie de reacciones en las cuales se iban produciendo especies intermedias que al final nos llevaron a obtener el producto deseado. En la primera de ellas, el dicromato de potasio K2Cr 2O7 reacciona con ácido oxálico H 2C2O4; en esta reacción ocurre la reducción del Cr, al pasar de un estado de oxidación +6 a +3. La reacción implicada se muestra en mediante la ecuación2. K2Cr 2O7+ 7H2C2O4 6CO2 + 3H2O
→
2K[Cr(C2O4)2(H2O)2] +
Ecuación 2. Reacción reducción del Cr al reaccionar con ácido oxálico.
El complejo inicial que se forma tiene dos ligandos oxalato los cuales se enlazan al metal a través de dos átomos de oxigeno produciendo un quelato, en la Figura 2 se observa la estructura de este ligando bidentado
Figura 2. Ligando bidentado, oxalato.
Seguidamente se hizo reaccionar el complejo intermedio obtenido de la reacción anterior, con oxalato de sodio, con el fin de obtener el compuesto final objeto de esta experimentación, la reacción general se muestra en la Ecuación 3. K2Cr 2O7+ 7H2C2O4 + 2K2C2O4 6CO2+ H2O
Figura 3. Estructura del complejo trioxalatocromato (III) de potasio trihidratado.
En la experimentación se obtuvo un porcentaje de recuperación de 97.67% con un error de 2.33% de este complejo. Este valor de recuperación se puede atribuir a errores de perdida en el proceso de filtración al vacío, errores de tipo instrumental y del analista. Además de que existe la posibilidad de que el proceso de cristalización no haya sido óptimo. Quedando en solución parte del complejo
y eliminándose en la filtración. Por otro lado, la caracterización del complejo se llevó a cabo mediante el punto de fusión, el cual fue de 229 °C, acercándose al teórico de 230°C con un porcentaje de error de 0.43%, y al igual a través del comportamiento ante la luz, debido a la coexistencia en el compuesto de un potencial oxidante y un potencial reductor, por lo que es fotosensible sufriendo una descomposición mostrado en la Figura 4 respectivamente y mediante estas pruebas podemos decir que se trata del complejo Trioxalato Cromato (III) de Potasio Trihidratado.
2K3[Cr(C2O4).3H2O +
→
Ecuación 3. Reacción del complejo intermedio con oxalato de sodio.
El complejo obtenido presento una coloración negra-verdosa como se observa en la Figura1. Este complejo presenta una estructura octaédrica en la cual tres ligando oxalato se coordinan al República de Panamá, Chiriquí, David, Universidad Autónoma de Chiriquí, 6 de junio, del 2018 Experiencia (proyecto). Síntesis del tris oxalato cromato (III) de potasio trihidratado K 3[Cr(C2O4)3].3H2O Curso Química Inorgánica (QM 344)
Figura 4. Prueba de caracterización del complejo trioxalatocromato (III) de potasio trihidratado frente a la luz y a la oscuridad.
Conclusiones Para la formación del complejo se realizó la reacción inicial entre el dicromato de potasio y el ácido oxálico con el fin de reducir el Cr +6 presente en el dicromato de potasio a Cr +3, estado final que se necesita para la formación del complejo final. El ligando oxalato se coordina al metal a través de dos de sus oxígenos, dando como resultado un complejo quelato muy estable.
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Referencias bibliográficas Housecroff, C. E.; Sharpe, A. (2006). Química inorgánica G.2ª. ed. Pearson: Madrid. Alan Sharpe. (1996), Química inorgánica. 2ª ed. Butter-Harrod , Química inorgánica principios y aplicaciones. Grupo editorial Addison Wesley. V. N. Alexéiev; Semimicroanálisis químico cualitativo; Editorial MIR; Moscú; 1975; págs.: 362-366, 572, 573. Manku, G.S. Principios de Química Inorgánica. México D.F.: McGrawHill;1988. Morales R., 2013. Complejos de coordinación de cromo. Guía de Laboratorio. Universidad Autónoma de Antioquia, Colombia. Pag. 2-4 Disponible en: http://www.unalmed.edu.co/~cgpaucar/co ordinacion.pdf Pérez G., 2015. Ácido oxálico y sus características. Universidad de Argentina, Argentina. Disponible en: http://www.oxalato.com/cido_oxlico Ayner-Canham, G. (2000). Química Inorgánica Descriptiva, México, Pearson Educación Coordination Complexes and Ligands.
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(fecha de consulta Junio/2/2014) John Brennan. Características de los complejos de oxalato. [En línea]Disponible en: (fecha de consultaJunio/01/ 2014)
Disponible
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