SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DEL COMPUESTO TRIS(OXALATO)FERRATO(III) DE POTASIO TRIHIDRATADO . Vidal Guerrero, Alex Javier (1343400).
[email protected]; Burbano Galvis, Juan David (1423133).
[email protected]; Pérez Álvarez, Kevin David (1425650).
[email protected]. 17 de Noviembre del 2016. Departamento de Química – Universidad del Valle.
1. Objetivos
Síntesis
y
caracterización
complejo
tris(oxalato)ferrato(lll)
potasio
del
tornándose la solución de color azul claro.
de
Luego se adicionaron 0.75 g de
trihidratado
K 3 [ Fe ( C2 O4 )3 ]∗3 H 2 O .
H2O
cuales se les adicionó 5 mL de
se
acidulo
un
poco
H 2C2O 4
H 2 SO 4 ,
con
calentándose
levemente
Comprender la síntesis del complejo
ebullición,
cual
y asociarlos con las propiedades
amarilloso viéndose dos fases y un sólido en
químicas del metal.
suspensión,
la
la
y
cambió
además,
solución
hasta
a
verde
color
prologando
el
2. Abstract
calentamiento la solución se puso más amarrilla
The potassium tri(oxalato)ferrate(lll) trihydrate is
y más turbia.. La reacción química que se llevó
a organometallic coordination complex which is
a cabo es la siguiente:
very stable due, mainly, to the chelate effect it presents. In addition to this, the complex has octahedral geometry where the three oxalate bidentate ligands are bounding the central ion through the oxygen atom. The synthesis of this
( NH 4 )2 Fe ( SO 4 )2∗6 H 2 O+ H 2 C2 O4 → Fe C2 O4 + ( NH 4 )2 SO 4+ H 2 SO4 +6 H 2 O (Ec.1)
complex was carried out, first, synthesizing iron oxalate which was oxidized and, then, the
Se requiere saber el reactivo limitante de la
ligands were added obtaining the complex. The
reacción con el objetivo de determinar cuánto
experimental results, regarding the synthesis of
del oxalato de hierro se debería obtener. Por lo
the complex, were 43.04% of the chemical yield,
tanto, usando la Ecuación 1 y los datos de los
54.3% for the determination of the ion oxalate
reactivos antes mencionados se procede a
using permangometry.
hacerlo como sigue:
3. Datos, cálculos y resultados. Preparación de
K 3 [ Fe ( C2 O4 )3 ]∗3 H 2 O .
Para
el
preparar
tris(oxalato)ferrato(lll)
mol sal Mohr =1.54 g sal de Mohr de
potasio trihidratado se pesaron 1.54 g de
( NH 4 )2 Fe ( SO 4 )2∗6 H 2 O
(sal de Mohr) a los
¿
1mol sal de Mohr =3.932∗10−3 mol 392.13 g sal de Mohr
mol H 2 C 2 O 4 rxn=0.75 g reactivo
antes mencionados y lo que se debió formar de oxalato de hierro se procede a hacerlo como
99.6 g H 2 C 2 O4 ∗1mol H 2 C 2 O 4 100 g reactivo ¿ ∗¿ 90.3 g H 2 C 2 O4
sigue:
mol Fe C2 O4 =3.932∗10−3 mol
1 mol sal de Mohr =8.272∗10−3 mol 1 mol H 2 C2 O 4
mol K 2 C2 O4∗H 2 O rxn=1.0453 g reactivo Con base en los anteriores resultados se concluye que el reactivo limitante de la Ecuación 1 es la sal de Mohr, por lo tanto, a partir de este valor se calculará cuanto de oxalato de hierro se debió obtener como sigue:
99.8 g K 2 C 2 O4∗H 2 O ∗1mol K 2 C 2 O4∗H 2 O 100 g reactivo ¿ ∗¿ 184.3 g K 2 C 2 O4∗H 2 O 2 mol FeC 2 O 4 =3.774∗10−3 mol 3 mol K 2 C 2 O4∗H 2 O Con base en los anteriores resultados se
−3
g Fe C 2 O 4=3.932∗10 mol sal de Mohr
concluye que el reactivo limitante de la Ecuación
¿
1mol Fe C 2 O 4 1 mol sal de Mohr
2 es el oxalato de potasio, por lo tanto, a partir
143.91 g Fe C 2 O 4 =0.5651 g 1 mol Fe C 2 O4
se debió obtener como sigue:
¿
de este valor se calculará cuanto del complejo
Posteriormente, se agregaron 3 mL de y 1.0453 g ± 0.0001 g de Finalmente se añadió
H2O
K 2 C 2 O 4∗H 2 O
H 2 O2
g complejo=5.660∗10−3 mol K 2 C 2 O4∗H 2 O .
al 30% gota a
gota hasta que la solución se tornó marrón, para luego adicionar
H2C2O4
¿
2 mol complejo 3 mol K 2 C 2 O4∗H 2 O
¿
437.20 g complejo =1.651 g 1 mol complejo
hasta que la
solución se tornó verde indicando que se formó
Experimentalmente se obtuvo 0.7106 g ± 0.001
el complejo. La reacción química que se llevó a
g del complejo, junto con este valor y el anterior
cabo es la siguiente:
calculado
se
procede
a
determinar
rendimiento usando la Ecuación 3 como sigue.
2 Fe C 2 O 4 + H 2 C 2 O4 +3 K 2 C2 O4∗H 2 O+ H 2 O2 → 2 K 3 [ Fe ( C 2 O4 )3 ] +2 H 2 O (Ec.2) Se requiere saber el reactivo limitante de la reacción con el objetivo de determinar cuánto del complejo se debería obtener. Por lo tanto, usando la Ecuación 2, los datos de los reactivos
%rendimiento=
valor experimental ∗100 valor teórico
(Ec. 3)
%rendimiento=
0.7106 g ∗100=43.04 1.651 g
Caracterización cuantitativa.
el
Determinación de oxalatos. Para caracterizar
V ( mL )=29.9mL KMn O4
cuantitativamente
el
complejo, se determina la cantidad de oxalato
El volumen experimental de la titulación fue de
mediante
tomaron
26 mL, con el cual procedemos a calcular los
g
de
moles oxalato y determinar
cuales
se
complejo.
permanganometría.
0.1221
g
±
K 3 [ Fe ( C2 O4 )3 ]∗3 H 2 O
Se
0.0001 los
la cantidad de
disolvieron en ácido sulfúrico calentando hasta 60 °C, para después titular con la solución de
KMnO 4
de concentración 0.00996 M. La
reacción química que se llevó a cabo es la siguiente:
+¿ → 2−¿+16 H ¿ ¿ −¿+ 5 [C 2 O 4 ] 2 Mn O¿4
mmol complejo=26 mL KMn O4 2 mmol Mn O−¿ 4 2−¿ C O 5 mmol 2 ¿4 0.00996 mmol KMn O4 ¿ ∗¿ 1 mL KMn O4 2−¿
3 mmol C2 O 4 =0.215 mmol 1 mmol K 3 [ Fe ( C 2 O 4 )3 ]∗3 H 2 O ¿ ¿
2+¿+10 C O2 +8 H 2 O 2 Mn ¿ (Ec.4)
Se requiere saber cuál es el volumen teórico de permanganato que se debería. Por lo tanto,
A partir de estas moles obtenemos los gramos de complejo y calculamos el porcentaje de rendimiento usando la Ecuación 3.
g complejo=2.15 ×10−4 mol complejo ¿
491.139 g complejo =0.105 g 1 mol complejo
usando la Ecuación 4 y los datos de los reactivos antes mencionados se procede a hacerlo como sigue:
%rendimiento=
0.105 g ∗100=86 1.221 g
Basado en lo anterior se procede a determinar
V ( mL )=0.1221 g K 3 [ Fe ( C2 O4 )3 ]∗3 H 2 O C 2 O 42−¿ 3 mol 1 mol complejo 1 mol complejo ¿ ∗¿ 491.139 g complejo −¿
0.00996 mol Mn O 4 C 2 O 42−¿∗1000ml 5 mol ¿ O−¿ 2 mol Mn 4 ¿ ¿¿
la concentración de los iones oxalatos en complejo preparado.
2−¿= C 2 O4
26 mL KMn O4 105mg K 3 [ Fe ( C2 O4 )3 ] 3 H 2 O
¿ −¿
2 mmolMnO4 C 2 O42−¿ 5 mmol ¿ 0.00996 mmol KMn O4 ¿ ∗¿ 1 mL KMn O4
el
1 mmolC 2 O4
0,00005 0,00008 0,0001 0,00012
2−¿
∗100=54.3 C O 2−¿ 88 mg 2 4 ¿ ¿¿
0,298 0,385 0,492 0,6
Determinación de Hierro (ll). Se calculó el porcentaje de hierro presente en el
tris(oxalato)ferrato(III)
por
colorimetría,
aprovechando la facilidad de fotoreducción de Fe(lll) para obtener un complejo de Fe (ll) y el ligando 1,10-fenantrolina de coloración rojiza.
0.7 0.6
f(x) = 4772.77x + 0.02
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
0
0
A continuación
0
0
0
0
se
presenta
0
la
0
curva
0
de
calibración de los estándares Grafica
1.
Figura 1 - tris(1,10-fenantrolina) hierro (II).
estándares.
Para realizar este análisis se preparó una
A partir
solución
linealización
de
0,0122
tris(oxalato)ferrato(III)
g
±
0.001
g
(solución A)
de y una
solución B a partir de 2.5 mL de la solución A y 5 mL de 1,10-fenantrolina
garantizando la
de
Curva
la
de
calibración
ecuación
obtenida
de
en
los
la
y la absorbancia correspondiente
a la solución B se determina la concentración de hierro en ésta.
Y =4772,8 X +0,0199
fotoreducción durante 2 horas, posteriormente se
realizó
estándares
una curva de calibración de
Fe
y
así
con 5
determinar
la
concentración de hierro presente en la solución
Y= 0,3553 absorbancia correspondiente a la solución B, despejamos hierro X
B del complejo tris(1,10-fenantrolina) hierro (II)
X=
de coloración rojiza. Tabla 1. Absorbancia estándares de Fe. Concentración Fe (M) 0,00004
Absorbancia 0,186
la concentración de
0,3553−0,0199 = 7,03× 10−5 M 4772,8
Para obtener la concentración de hierro en la solución A.
0
7,03× 10−5 M slnb ×
25 mL slnb =7,03 ×10−4 M 2.5 mL slna
Peso del hierro −4
7,03× 10 M × 25 mL sln a ×
55,845 mg 1 g Fe −4 × 3 =9,81× 10 1 mmol Fe 10 mgFe
g Fe Figura 2: Configuración del anión trisoxalato ferrato
Porcentaje de hierro en el complejo.
%Fe=
Con respecto a las reacciones que se
9,81×10−4 g Fe ×100=8,10 0,0121 g
muestran en las Ecuaciones 1 y 2 podemos destacar
sobre
la
primera,
en
donde
Con respecto a la espectroscopia infrarroja, se
mientras ocurría la reacción se adiciono un
obtuvieron
las
siguientes
bandas,
con
sus
poco de
IR
del
2+¿ Fe¿
respectivas vibraciones asignadas Tabla
2.
Bandas
del
K 3 [ Fe ( C2 O4 )3 ]∗3 H 2 O
4. Discusión
de
resultados. EL
Fe(III)
forma
espectro Vibraciones
C-O O-H Fe-O C-O
experimentales
teóricas (Cm-1)
(Cm-1) 1578 3458 382 1114
1600-1700 3300-3500 350 1100-1200 −17
átomos donadores de oxígeno. El ion actúa como
que
Bandas
presenta una afinidad por ligandos con ligando
bidentado,
coordinándose al mismo átomo central a través de dos átomos donadores de oxígeno
para prevenir que el
se hidrolice formando el hidróxido
Bandas
mayoritariamente, complejos octaédricos, y
oxalato
H 2 SO 4
Kps=4.87∗10
posee
un
, en lugar del oxalato,
ya que este último es el que se quiere obtener
para
formar
el
complejo
posteriormente, además, como la sal de oxalato es insoluble en agua, ya que posee un
−7
Kps=2∗10
, los iones amonio y
diferentes y dando lugar a complejos más
sulfato se retiran con la decantación y los
estables por la formación de anillos quelato1.
lavados. Por otro lado, la Ecuación 2 es la reacción principal ya que es en la que se forma el complejo, en la cual hay que destacar, que para formarse el complejo se tiene que tener el
3+¿ ¿ Fe
por eso se usa un
agente oxidante como el
H 2 O2 , el cual
por qué se obtuvieron unos resultados tan alejados de los reales3.
es el encargado de esta labor. Sumado a esto, si se analiza individualmente la tarea del
K2C2O4
conclusión
H2C2O4
y
de
que
a
se llega a la
partir
de
estos
compuestos proviene el anión oxalato el cual actúa como ligando en el complejo, pero el
H 2C2O 4
por si solo no puede actuar
como ligando ya que los protones del ácido protegen las posiciones que actuarían como ligantes hacia el
3+¿ ¿ , con lo cual, usando Fe
Figura 3. Estructura y análisis elemental del
solo el ácido no se obtendría el complejo. De
complejo.
igual manera no debe usarse solo el
K2C2O4
El análisis colorimétrico es la variación en la
para formar el complejo ya que
intensidad del color de una solución con
el pH de la solución sería básico formando el
cambios en la concentración. El color puede
hidróxido el cual precipitaría pues posee un
deberse a una propiedad inherente del
Kps=2.79∗10−39 . Con lo anterior se deduce que el par
H 2 C 2 O 4 / K 2 C 2 O4
constituyente
es
ya que forman una solución buffer2. el
análisis
permanganométrico
Comparando
la
intensidad del color de una solución de
el ideal para que la reacción se lleve a cabo
En
mismo.
concentración
desconocida
intensidades
de
concentraciones
del
con
soluciones
conocidas,
se
las de puede
porcentaje de oxalatos en el complejo se
determinar la concentración de una solución
obtuvo un 54.3% lo que quiere decir que hay
desconocida. Aunque el ojo puede discernir
14.8090% de carbono y
40.4043% de
diferencias en intensidad de color con
oxígeno en el complejo. Los resultados
exactitud razonable, es común usar para
anteriores no concuerdan con los mostrados
este propósito un instrumento conocido
en la Figura 2 debido a que el complejo se
como espectrofotómetro.
dejó expuesto a la luz mucho tiempo de manera descuidada lo que favoreció mucho su fotorreducción según la Ecuación 5 mostrada en la sección de preguntas, en donde se ve que se produce que el hierro es reducido y el oxalato oxidado, lo cual explica
.
En el análisis por colorimetría se prepara una solución del complejo
de oxalato de
hierro, fenantrolina y una solución buffer. La fenantrolina es una base débil, su función es acomplejar al hierro en la solución. Es un ligando bidentado por la presencia de dos
átomos de nitrógeno cada uno con dos
En conclusión podemos decir que se logró el
pares de electrones que se enlazan con los
objetivo de sintetizar el compuesto a pesar
orbitales vacíos del hierro. El complejo
de no haber obtenido un buen rendimiento.
formado
Por
es
conocido
como
tris(1,10-
otro
lado,
las
caracterizaciones
fenantrolina) hierro (II). El complejo tiene un
realizadas al compuesto dieron buenos
característico color rojo. La formación del
resultados, ya que los datos obtenidos eran
complejo hierro (II) con fenantrolina se da en
acorde a lo que se esperaba. También se
un intervalo de pH comprendido entre 2 y 9,
puede resaltar la importancia del ligando
aunque éste es suficientemente amplio, para
bidentado como lo es el oxalato y de la
asegurar
estabilidad que le da al complejo formando
la
formación
cuantitativa
del
complejo se adiciona una solución buffer pH
los quelatos.
4.0. 6. Respuestas a las preguntas. Con respecto a la caracterización del compuesto, se realizó la espectroscopia
a) Escriba todas las reacciones y explíquelas.
infrarroja y se le tomó
R//:
observar
el
infrarrojo
ultravioleta. Al encontramos
las
Mirar la discusión.
bandas esperadas, vemos alrededor del 3500 Cm-1 una banda que la podemos relacionar con las vibraciones del O-H a causa del agua, también se encuentra las vibraciones presentes por el grupo carbonilo el cual se encuentra en el oxalato, además está presente la banda de la vibración del hierro con el oxígeno, indicando el enlace entre el hierro y el oxalato4. Por otro lado el
b) Explique porque los cristales no deben ser expuestos a la luz. R//: El complejo sufre fotoreducción ya que el
3+¿ ¿ Fe
pasa a ser
2+¿ ¿ Fe
de acuerdo a la
siguiente reacción.
cual también lo indica el diagrama de tanabe
2−¿+2CO 2 2+¿+5 C 2 O4 ¿ 3−¿+hv → 2 Fe ¿ ¿ 2 [ Fe ( C2 O4 )3 ]
y sugano, ya que el hierro al tener estado de
(Ec.5)
oxidación de tres más, tiene configuración
La reacción es termodinámicamente favorable pero cinéticamente lenta, lo cual se traduce a que posee una energía de activación alta5.
ultravioleta del compuesto el cual se muestra en el anexo 3, no mostro ninguna banda lo
de d5, y este diagrama está dividido en campo débil y en campo fuerte, y el oxalato al ser un ligando de campo débil provoca el desplazamiento al lado izquierdo, el cual muestra que no se genera ninguna banda. 5. Conclusiones.
7. Referencias.
2.
3. 4.
5.
1. G, Gonzales; S, Miguel. Potassium Tris(oxalato)ferrate(III): A Versatile Compound; J.Chem.Edu. Barcelona, 2004. Vol. 81 pp 1193-1195 O, John; Preparation and Analysis of Potassium tris(Oxalato)Ferrate(lll)Trihydrate. J.Chem.Edu. United States, 1984. Vol. 61 pp 1098-1099 F, Richard. Synthesis and Characterization of Potassium Tris(oxalato)ferrate(lll) Trihydrate; J.Chem.Edu. pp 936 Nakamoto, K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds Part A, 6th ed; John Wiley and Son: Hoboken, New Jersey. D, Joseph; D, James. The Thermal Decomposition of Potassium Tris(oxalato)ferrate(III); J.Chem.Edu. United States, 1970. Vol. 10 pp 1623-1627
Anexos:
Anexo 1: Espectro IR parte organica del
K 3 [ Fe ( C2 O4 )3 ]∗3 H 2 O
Anexo 2: Espectro IR parte inorgánica del
K 3 [ Fe ( C2 O4 )3 ]∗3 H 2 O
Anexo 3. Espectro UV del
K 3 [ Fe ( C2 O4 )3 ]∗3 H 2 O
