Práctica 5. Acidez de Los Cationes Metálicos [PDF]

Zitiervorschau

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química Laboratorio de Química Inorgánica (1310) Semestre: 2021-2

Práctica 5. Acidez de los cationes metálicos

Profesor: Ruiz Ruiz Victor Fabian Grupo:25

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INTRODUCCIÓN La fuerza de un ácido puede ser definida como la tendencia a ceder un protón y la fuerza básica como la tendencia a aceptarlo. Una reacción ácido-base ocurre debido a que los ácidos no son iguales de fuertes. En Química se diferencia lo ácido de lo básico utilizando la escala llamada pH y definida como la Inversa del logaritmo decimal de la concentración de protones o hidrogeniones. pH=-log [H+] Y como la concentración de protones va de 10-1 a 10-14 entonces la escala de pH va de 1 a 14, siendo 7 la neutralidad (agua pura, por ejemplo), de 6.9 hasta 1 ácido (ácido muriático o clorhídrico, do cítrico, vinagre, etc.) y de 7,1 a 14 básico (hidróxido de sodio o soda cáustica, ladróxidos, etc.) El potencial de ionización es la energía que es necesaria que se suministra a un átomo para arrancarle un electrón de su capa de valencia, convirtiendo el átomo en un ion positivo o catión Nos ceñiremos al primer potencial de ionización, energía necesaria para extraer un único electrón del átomo, aunque en muchos elementos se puede hablar de segundo potencial de ionización, energía necesaria para arrancar un segundo electrón al átomo que ya ha perdido uno, o de tercer, cuarto, etc... potencial de ionización. Dos factores influirán sobre el potencial de ionización. Por una parte será tanto mayor cuanto más atraído esté el electrón que se pierde por el núcleo atómico. Por otro lado. como los átomos tienden a tener ocho electrones en capa de valencia, acercarse a este ideal disminuirá el potencial de ionización y alejarse de él lo aumentará. En un grupo, al bajar en la tabla periódica, aumenta el número de electrones del elemento y el número de capas electrónicas. Puesto que hay más capas electrónicas, los electrones están cada vez más lejos del núcleo atómico que los atrae, por tanto con menos fuerza y más apantallados por los electrones de las capas internas que los repelen hacia el exterior del átomo. Estos tres factores se conjugan para que al bajar en el grupo como el election estará menos retenido, el potencial de ionización disminuya. En un periodo el número de capas permanece constante, ya que en un periodo se completa la capa de valencia, no aumenta el número de capas. Al empezar, la capa de valencia tiene un único electrón, mientras que la capa inmediatamente anterior tiene ocho, si el átomo pierde ese electrón externo, se quedaría con una última capa con ocho electrones, una capa de valencia completa, de forma que pierde con mucha facilidad ese electrón y el potencial de ionización es muy pequeño. La clasificación de los elementos desde el punto de vista analítico se divide en los que pueden formar cationes y los que no pueden formarlos. Esto depende de que tan electronegativo sea el elemento y de la relación q/r2: neutros y ácidos.

Características de la acidez es que los elementos tienden a reaccionar con agua, mientras más ácidos, más inestables, Mn+ + m H2O → M(OH)m+n-m + H+ Depende de la relación q/r2. A mayor q/r2 el catión es más ácido, pues mayor es su atracción hacia los dipolos de agua. ❖

HIPÓTESIS Si un catión tiene radio menor, su carga es mayor y su electronegatividad también, entonces tendrá una acidez mayor con respecto a otro.

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OBJETIVOS ● Identificar qué propiedades influyen en la fuerza ácida y por ende cómo afecta su función de un ion metálico. ● Determinar el grado de acidez de los cationes en una solución de NaOH, para poder identificarlos y ver la relación entre Pl de acciones y su pH forzando una hidrólisis ácida y una básica.

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PARTE EXPERIMENTAL ● Enjuagamos los tubos de ensaye con agua destilada, después les agregamos 1 ml de agua a cada uno y una gota de indicador universal. Procurando que los cuatro tubos tengan el mismo color.Si el color en los tubos de ensayo no es igual, desecha el contenido de todos, enjuágalos de nuevo y repite la operación hasta que observes el mismo color en los ocho. ● A cada tubo con agua e indicador le agregamos 2 ml de cada disolución de 3+¿ y Sn +¿ , Zn2+¿, Al 4+¿ , K 3+¿ , Zr

4+¿ ¿

¿

¿¿

¿ . Después comparamos el uno de los siguientes cationes: Li +¿, Mg color de la disolución con el patrón visual y anotamos el pH correspondiente. Y anotamos los resultados. ● Determinamos el pH en el cual precipitan los anteriores iones metálicos. Inicia las pruebas con las cationes que mostraron mayor fuerza ácida ( 2+ ¿,La

4+ ¿¿ 3+¿ y Sn ¿

¿ ¿

¿

¿ ). Para cada ion procede así: coloca 2 mL de la disolución del La3+ ¿, Zr catión en un tubo de ensaye; añade, gota a gota, un pequeño volumen de disolución de NaOH 1M y agita después de cada adición. Después de agregar cierta cantidad de NaOH se formará un precipitado o se observará una turbidez. Si desaparecen al agitar, añade otra gota de NaOH hasta que la turbidez permanezca. Mide el pH en cada tubo. ● Ahora repite estas dos últimas acciones (adición de base y agitación) hasta que el precipitado ya no se disuelva o la turbidez persista, con los iones 4 +¿ ,Al

¿

2+ ¿,K

+¿ y Zn

2+¿ ¿

¿

¿ metálicos menos ácidos ( Li +¿, Mg ), utilizando esta vez NaOH 3M. Agrega entonces una gota de indicador universal y toma nota del pH de precipitación del catión. ● Una vez más, cuida que los tubos a utilizar se encuentren limpios y que hayan sido enjuagados con agua destilada.A cada tubo agrega 2 mL de disolución de ¿

+¿ ¿ +¿ y Al ¿

¿ uno de los siguientes cationes: Li +¿, Na Posteriormente añade, gota a gota, NaOH 1M, hasta 1mL. ● Determinado el pH de precipitación de los cationes Fe³+, Al³+, Bi³ y La³. Lava y enjuaga con agua destilada cuatro tubos de ensaye. Coloca en cada uno 2 mL de disolución de los anteriores cationes Determina el pH de precipitación de estos cationes siguiendo los pasos que ya se conocen (utiliza NaOH 1M). + ¿,K

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¿

DESARROLLO DE RESULTADOS a) Compara el color de cada disolución con el patrón visual proporcionado por tu profesor y anota el pH correspondiente: Tabla 1.

Catión

pH de su disolución

Li +¿¿

6

Mg ❑2 +¿¿

6

La3+ ¿¿

5

Zr+ 4

4

Tabla 2.

Catión

pH de su disolución

K +¿¿

6

Zn❑2 +¿¿

6

Al3 +¿¿

4

Sn+4

3

b) Elabora una hipótesis acerca de cuál crees que es el factor responsable de las variaciones observadas en la acidez: R= Es el número de oxidación la variación que se observa, a mayor número de oxidación mayor acidez va a presentar. c) Considerando que un ion metálico (M) en disolución acuosa está en la forma [M(H2O)6] n+, escribe los productos de la reacción de hidrólisis (que es la que da lugar a la acidez del catión): R= [M(H2O)6]z+ + H2O ↔ [M(H2O)5(OH)](z-1)+ + H3O+.

Tabla 3.

Catión

pH de precipitación

Li +¿¿

no precipitó

K +¿¿

no precipitó

Mg ❑2 +¿¿

9

Zn❑2 +¿¿

9

La3+ ¿¿

7

Al3 +¿¿

6

Zr+ 4

4

Sn+4

3

a) Completa el siguiente enunciado: Los cationes de ___Mayor_(mayor o menor) fuerza ácida, precipitan a valores de pH más ___Bajos__(altos o bajos). A cada tubo agrega 2 mL de disolución de uno de los siguientes cationes: Li+ , Na+ , K+ , Ag+ . Posteriormente añade, gota a gota, NaOH 1M, hasta 1mL. a) Menciona cuál de estos iones precipitó: Ag+ b) Consulta la tabla periódica y elabora una hipótesis acerca de cuál piensas que es la propiedad que lo hace tan distinto: R=La relación entre la carga y el radio del catión influye mucho, pero en este caso es que es muy electronegativo el catión. c) ¿Cómo es la acidez de este ion en comparación con los otros cationes monovalentes? R= Alta Tabla 4.

Catión

pH de precipitación

Mg ❑2 +¿¿

8

Zn❑2 +¿¿

7

Pb❑2+¿¿

6

Hg❑2+¿¿

4

a) Revisa la tabla periódica y relaciona la propiedad propuesta en el inciso 3b con el pH de precipitación y, en consecuencia, con la fuerza ácida de estos cationes:

R=los metales del grupo i y ii (metales alcalinos y alcalinotérreos), siempre son los que presentan menos fuerza ácida, esto debido a su gran radio iónico y a que son muy electropositivos, en los cationes de los otros grupos se vuelve a tomar en cuenta la relación que hay entre la carga y el radio iónico, además de la electronegatividad, en este caso la electronegatividad juega un factor muy importante para identificar la fuerza ácida del catión ya que el catión Hg2+ es el más electronegativo. b) Por lo tanto, ¿en qué orden precipitarán los iones Fe3+, Al3+, Bi3+ y La3+ en función del pH?: ¿ R= Bi3 +¿, Fe 3+¿ ¿ 3+¿ , La ¿

3+ ¿, Al

¿

Tabla 5.

Catión

pH de precipitación

La3+ ¿¿

7

Al3 +¿¿

5

Fe3 +¿¿

4

Bi3 +¿¿

2

En conclusión: ¿Cuáles son las propiedades de un ion metálico que influyen en su fuerza ácida y cómo varía ésta en función de dichas propiedades? R=Las propiedades que influyen en la fuerza ácida de un catión son: radio iónico, carga y electronegatividad. Regularmente entre más cargado sea el catión más ácido es. 1.- Divide a todos los cationes en cinco categorías según su carácter ácido, usando como criterio el pH de precipitación; luego ubícalos en cada categoría según su carga y posición en la tabla periódica.

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Categoría (pH de precipitación)

Ejemplos observados durante la práctica

Tipo de cationes (carga y bloque de la tabla periódica)

Cationes no ácidos (pH>14)

Li +¿¿, K +¿¿ , Na+¿¿

(+), S

Cationes muy débilmente ácidos (12