PREPARACIÓN DE FeC2O4.2H2O Y K3[ Fe(C2O4)3].3H2O González Dalver, Rambal Alberto, Vargas Yuri Fecha de entrega: 27 Mayo 2011 Programa de Química, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico, B/quilla-Colombia
______________________________________________________________________ RESUMEN En la experiencia realizada se analizó y se preparó el FeC2O4.2H2O y el K3[ Fe(C2O4)3].3H2O, el oxalato de hierro (II) se preparó por la reacción de la sal de Mohr con el ácido oxálico y el complejo tris (oxalato)-ferrato (III) de potasio se preparó con la adición del oxalato de potasio y el ácido oxálico, y se utilizó peróxido de hidrogeno para la oxidación del hierro (II) a hierro (III). Por último también se determinó el contenido del complejo en hierro y oxalato por valoración redox utilizando como valorante el permanganato de potasio. Palaras claves: complejo, oxalato de potasio, sal de Mohr. _______________________________________________________________ ABSTRACT In the experiment carried out was discussed and prepared the FeC2O4.2H2O and K3[Fe(C2O4)3].3H2O, oxalate, iron (II) was prepared by the reaction of Mohr's salt with oxalic acid. And the complex tris (oxalate)-ferrate (III) of potassium was prepared with the addition of potassium oxalate and oxalic acid and hydrogen peroxide was used for the oxidation of iron (II) to iron (III). Finally, we analyzed the content of iron and oxalate complex by redox titration using as titrant potassium permanganate. Keywords: complex, potassium oxalate, Mohr salt.
INTRODUCCIÓN El Fe (III) forma, mayoritariamente, complejos octaédricos, y presenta una gran afinidad por ligandos con átomos donadores de oxígeno. El ion oxalato puede actuar como ligando “bidentado”, coordinándose al mismo átomo central a través de dos átomos donadores de oxígeno
diferentes y dando lugar a complejos más estables por la formación de anillos quelato. Los complejos de este tipo mejor conocidos son los “trioxalatos” de metales trivalentes, que contienen el anión [M(C2O4)3]3- y un número de moléculas de agua de cristalización variable. Si bien el compuesto del título podría obtenerse directamente a partir de una sal de hierro(III), se elige partir
de un compuesto de hierro(II), del que también se obtiene fácilmente, para dar la oportunidad de realizar una reacción redox en la que, además, se deberá comprobar que se ha realizado completamente. Por otro lado se parte de una “sal doble” para poner de manifiesto la diferencia que existe entre ellas y los “compuestos de coordinación”. Tras la oxidación del hierro y comprobación de que ésta se ha completado, se realiza la complejación, que se acompaña por un vistoso cambio de color, debido fundamentalmente a la coexistencia en el compuesto de un potencial oxidante y un potencial reductor, por lo que es fotosensible, sufriendo la descomposición según: 2K3[Fe(C2O4)3] →2Fe(C2O4) + 2CO2 + 3K2C2O4. El objetivo de esta experiencia es la preparación de un complejo de hierro con oxalato. Se comienza preparando oxalato de hierro(II) por reacción de la sal de Morh con ácido oxálico. Para formar el complejo tris(oxalato)ferrato(III), se adiciona oxalato de potasio y ácido oxálico, y el hierro(II) se oxida a hierro(III) con el peróxido de hidreogeno. Este complejo se obtiene hidratado con tres moléculas de agua. El contenido del complejo en hierro y oxalato se analiza por valoraciones redox con permanganato de potasio. MATERIALES Y REACTIVOS
Beacker de 100mL 2 Beacker de 20mL Propipeta Pipeta graduada de 10mL Equipo de filtración al vacio Bureta de 25mL
Vidrio de reloj Plancha agitadoracalentadora Gotero Pera de succión Magneto Varilla de vidrio Espátula Ácido sulfúrico Ácido oxálico Acetona Permanganato de potasio 0.02M Zinc en polvo Sal de Mohr Oxalato de potasio Peróxido de hidrogeno Etanol PROCEDIMIENTO Parte experimental Preparación de oxalato de hierro (II) dihidratado. En un vaso de precipitados de 100 mL se preparo una disolución acuosa con 1.5g de sal de Mohr, 5.5 mL de agua y 0.2mL de ácido sulfúrico 2.0M. En otro beacker de 20mL se preparo una disolución de 0.8g de ácido oxálico y 6.0mL de agua. Luego se procedió a mezclar estas dos disoluciones con fuerte agitación. Se calentó la mezcla resultante hasta ebullición y se separo el sólido amarillo por filtración, posteriormente se lavo el precipitado con 0.8mL de agua destilada caliente y luego con 0.8 mL de acetona. Preparación de tris-oxalato ferrato (III) de potasio trihidratado.
Al oxalato obtenido del procedimiento anterior se le añadió una disolución de 0.9g de oxalato de potasio en 3mL de agua destilada caliente. Luego se le añadió gota a gota y con agitación, 1.5mL de agua oxigenada al 6% p/v, manteniendo la temperatura aproximadamente a 40 °C. Más tarde se calentó a ebullición hasta que se disolvió el precipitado formado y se añadieron 2.0mL de una disolución de ácido oxálico que contenía 0.3g de ácido oxálico en 6.0mL de agua destilada. Se añadió gota a gota más disolución de ácido oxálico, hasta que todo el precipitado se disolvió, manteniendo la disolución casi a ebullición. Finalmente se filtro en caliente y se añadió al filtrado 3.5mL de etanol y se dejó cristalizar en hielo, luego se filtraron los cristales de color verde y se lavaron con una mezcla de aguaetanol (1:1) y luego con acetona. Valoración de hierro y oxalato en el complejo tris-oxalato. En primer lugar se valoró el oxalato, a una temperatura ~80 °C (calentando sólo al principio), con permanganato de potasio 0.02M, utilizando una disolución de 0.2g del complejo en 30mL de ácido sulfúrico 2M. Para determinar el porcentaje en hierro se añadió una punta de espátula de cinc en polvo a la disolución previamente valorada y se dejó reposar por 20 minutos. Finalmente se filtro la disolución incolora resultante, y se lavo el cinc tres veces ácido sulfúrico y se valoro en caliente la disolución obtenida con permanganato de potasio 0.02M. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Preparación de oxalato de hierro (II) dihidratado. Peso de la sal de Mohr: 1.5085g. Peso del acido oxálico: 8.021g. Peso del oxalato obtenido: 2.863g. Peso del papel filtro: 0.56g. Color de la mezcla: amarillo ocre.
Preparación de tris-oxalato ferrato (III) de potasio trihidratado. Peso del oxalato de potasio: 0.9581g. Color de la mezcla: salmón fuerte.
Peso del ácido oxálico: 0.3028g
La solución paso a un color rojo quemado al agregarle la disolución de ácido oxálico y agua.
[KMnO4]M = 0.021 + 0.0198 = 2 0.0198M. Peso del K3[Fe(C2O4)3] obtenido: 0.2600g Porcentaje de oxalato: Valoración: 18.2mL de KMnO4 Color de la disolución: amarillo ocre claro.
Al agregarle más disolución de ácido oxálico en caliente más etanol la solución tomó un color verde manzana.
Porcentaje de hierro: Valoración: 15mL de KMnO4 Color de la disolución: rosa.
Valoración de hierro y oxalato en el complejo tris-oxalato. Estandarización del KMnO4 W1 de KMnO4 = 0.2184g W2 de KMnO4 = 0.2283g Valoración: DISCUSIÓN V1 = 32.4 mL. V2 = 34.7mL. N1 = 0.0201M. N2 = 0.0198M.
Para preparar el K3[Fe(ox)3]⋅3H2O se utilizó un método basado en una reacción de sustitución en medio acuoso. Este método consiste en hacer reaccionar el ligando directamente con una solución
acuosa de una sal del metal. En este caso podemos partir de una sal de Fe (III) por ejemplo Fe2(SO4)3 o de una solución acuosa de Fe (III) obtenida por la oxidación de una sal de Fe (II). Simultáneamente a la oxidación se producirá la sustitución por el ligando. En nuestro caso, la sal de partida fue Fe(NH4)2(SO4)2⋅6H2O (sal de Mohr). En una primera etapa, se lo hará reaccionar con ácido oxálico para formar oxalato de hierro(II), insoluble: Fe(NH4)2(SO4)2 + H2C2O4 → FeC2O4 + (NH4)2SO4 + H2SO4
En el medio de reacción se agregó algo de ácido sulfúrico, para evitar que el Fe(II) se hidrolice, y se forme el hidróxido en lugar del oxalato de Fe(II). La sal de Mohr es un producto de partida muy utilizado para preparar otras sales de hierro, y por ello es común disponer de esta sal en los laboratorios. Para nuestro caso específico, los iones amonio y sulfato presentes en la sal de Mohr pueden interferir con la formación del complejo final. Por eso esta primera etapa de la preparación tiene como finalidad obtener el FeC2O4, libre de los iones mencionados. En una segunda etapa, se produce la reacción principal de formación del complejo, utilizando ahora el FeC2O4 preparado en el paso anterior, como sal de partida: 2 FeC2O4 + 3 K2C2O4 + H2C2O4 + H2O2 → 2 K3[Fe(ox)3] + 2 H2O
Respecto a esta etapa, cabe señalar distintos aspectos: El oxidante, necesario para transformar el Fe(II) en Fe(III), es el peróxido de hidrógeno. El anión oxalato que integrará como ligando el complejo
final, proviene de tres fuentes: el oxalato que inicialmente está como contraión del Fe(II) de la sal de partida, el que se agrega como oxalato de potasio y el que proviene del ácido oxálico. El ligando es el anión oxalato. El ácido oxálico no puede actuar como ligando, porque los protones están bloqueando las posiciones que podría tomar el Fe(III) para formar el complejo. De acuerdo con esto, no sería conveniente para la obtención 3-
del [Fe(ox)3] tener como reactivo al ácido oxálico. Pero si sólo utilizáramos oxalato de potasio, el pH de la solución sería básico, y precipitaría el hidróxido de Fe(III), en lugar de formarse el complejo deseado. En resumen, entre el K2C2O4 y el H2C2O4 forman un par regulador (tampón) de pH para conseguir el mejor rendimiento posible de la síntesis, sin formación del hidróxido de Fe(III). CONCLUSIÓN De acuerdo con lo realizado en esta práctica de laboratorio se puede decir que se cumplieron todos los objetivos propuestos, ya que se logró la preparación de los complejos del hierro con oxalato mediante la síntesis de la sal de Mohr y el ácido oxálico y posteriormente el oxalato obtenido con peróxido de hidrogeno, ácido oxálico y oxalato de potasio. Se logró determinar el rendimiento de cada una de las síntesis realizadas, y además se analizó la
valoración del hierro y del oxalato en la formación del tris(oxalato)ferrato(III) de potasio junto con las reacciones redox que se producen. Se aprendió una nueva técnica para preparar un complejo de hierro con oxalato. Se utilizó un método basado en una reacción de sustitución en medio acuoso. Este método consistió en hacer reaccionar el ligando directamente con una solución acuosa de una sal del metal.
BIBLIOGRAFIA MANKU, G.S. Principios de Química Inorgánica. México D.F.: McGraw-Hill; 1988. MORTIMER, Charles E. México D.F.: Grupo Iberoamérica; 1992.
Química. Editorial
BUTTER-HARROD, Química inorgánica principios y aplicaciones. Grupo editorial Addison Wesley. COTTON AND WILKINSON Advanced Inorganic Chemistry, 6th Edition. Ed. Revolucionarias.
PREGUNTAS PREVIAS 1. Escriba las reacciones que conducen a la preparación del oxalato de hierro(II) y al tris(oxalato)ferrato(III) de potasio. (NH4)2[Fe(H2O)2(SO4)2].4H2O + H2C2O4.2H2O
H2C2O4.2H2O + 2FeC2O4 + 3K2C2O4.H2O + H2O2
FeC2O4 + H2SO4 + (NH4)2 SO4 + 8H2O
2K3[Fe(C2O4)3].3H2O + 2H2O
2. Calcule el número de moles adicionados de sal de Morh y de ácido oxálico en la preparación del oxalato de hierro(II). moles de sal de morh
moles de ácido oxálico
3. Calcule el número de moles adicionados de oxalato de potasio, agua oxigenada y ácido oxálico en la preparación del tris(oxalato)ferrato(III) de potasio.
4. Calcule la cantidad de oxalato de hierro(II) que esperaría obtener si el rendimiento fuera del 100%
La cantidad que se esperaría obtener de oxalato de hierro(II) para obtener un 100 % de rendimiento de la reacción sería de 12.81 g de este.
PREGUNTAS 1. ¿Cuál sería el rendimiento de cada síntesis?
Síntesis del FeC2O4
Síntesis del K3[ Fe(C2O4)3] H2C2O4.2H2O + 2FeC2O4 + 3K2C2O4.H2O + H2O2
2K3[Fe(C2O4)3].3H2O + 2H2O
2. Escriba la ecuación química del proceso de valoración y ajústela.
Porcentaje de oxalato. ( MnO4- + 8H+ + 5e-
Mn2+ + 4H2O ) x 2
( C2O422CO2 + 2e-) x 5 ---------------------------------------------------2MnO4- + 16H+ + 10eMn2+ + 8H2O 5C2O4210CO2 + 10e_____________________________________________ 2MnO4- + 16H+ + 5C2O42-
2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O
Porcentaje de hierro Zn0 + 2e-
Zn2+
Fe2+ + e-) x 2 (Fe3+ ---------------------------------------------------Zn0 + 2eZn2+ 2Fe3+ 2Fe2+ + 2e_____________________________________________ Zn0 + 2Fe3+ 2Fe2+ + Zn2+ MnO4- + 8H+ + 5e-
Mn2+ + 4H2O
(Fe2+ Fe3+ + e-) x 5 ---------------------------------------------------Mn2+ + 4H2O MnO4- + 8H+ + 5e5Fe2+ 5Fe3+ + 5e_____________________________________________ MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
3. ¿Puede presentar algún tipo de isomería el complejo tris(oxalato)ferrato(III) de potasio? Si los hubiera, ¿Sería posible separarlos por solubilidad?
4. ¿Por qué hay que adicionar zinc al complejo para valorar el contenido de hierro por permanganatometria? Se debe adicionar zinc metálico (en polvo) al complejo porque este actúa como un excelente reductor, entonces este lo que hace es reducir al Fe3+ en Fe2+, entonces este hierro reducido es el que se valora con permanganato, el cual oxida este Fe2+ a Fe3+. 5.¿Cómo trataría usted los desechos producidos en esta práctica? Lo primero que se debe tener en cuenta para el desecho de un residuo y su clasificación es: 1. Conocer el estado de agregación (sólido, líquido, gaseoso) 2. Considerarlos como un desecho orgánico o inorgánico 3. Saber si se encuentra en mezclas compatibles 4. Conocer el grado de toxicidad de tales sustancias Teniendo en cuenta estos aspectos y conociendo de antemano que se trabajó con sustancias inorgánicas en disolución tales como: • Ácido sulfúrico • Ácido oxálico • Acetona • Oxalato de potasio • Peróxido de hidrogeno • Etanol • Zinc en polvo • Permanganato de potasio Se vierten en recipientes para residuos según su clasificación como ya se mencionó y así ponerlos a disposición del personal adecuado como lo realizan en la universidad del Atlántico que posee un plan de gestión de residuos sólidos.
