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Grado en Química 2º Curso MANUAL DE LABORATORIO DE QUÍMICA INORGÁNICA I Curso 2013-14 2 Í NDI CE 1. NORMAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO. 3 2. ÚTILES A TRAER POR EL ALUMNO 4 3. CUADERNO DE LABORATORIO 4 5. EVALUACIÓN 4 6. ALGUNAS OPERACIONES BÁSICAS NO DESCRITAS EN EL MANUAL DE LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL 5 Montajes de reflujo 5 Cristalización 6 7. PROGRAMA DE PRÁCTICAS 9 Práctica 1.‐ Preparación de tetrayoduro de estaño 10 Práctica 2.‐ Reactividad de los halógenos. Práctica 3.‐ Preparación de la Sal de Mohr. Propiedades ácido‐base de las sales amónicas. Práctica 4.‐ Preparación de hidrogenocarbonato sódico Práctica 5.‐ Preparación de peroxoborato sódico 8. BIBLIOGRAFÍA 3 1. NORMAS DE TRABAJO Y SE GURIDAD EN EL LABORATORIO Se aplican las ‐ normas generales de trabajo y seguridad en el laboratorio, ‐ de limpieza y secado del material de laboratorio y ‐ de operaciones básicas Incluidas en el Manual de laboratorio de Química General Unas normas de seguridad en los laboratorios de prácticas más completas las puede encontrar en la página Web del Servicio de Prevención de Riscos de la USC: http://www.usc.es/export/sites/default/gl/servizos/sprl/descargas/20_Normas_xer ais_de_seguridade_nos_laboratorios_de_prxcticas.pdf y http://www.usc.es/export/sites/default/gl/servizos/sprl/descargas/09_Normas_mx nimas_para_traballos_en_laboratorios.pdf (acceso el 1 de junio de 2011) Es imprescindible consultar esta normativa y leerla con detenimiento antes de entrar en el laboratorio. Otras normas complementarias: Antes de empezar Antes de empezar cada práctica, el profesor comprobará que el alumno ha leído el guión correspondiente y contestado las preguntas previas. Durante las sesiones Las prácticas son individuales, salvo que se indique lo contrario. Cada alumno tendrá asignado una mesa y una taquilla con el equipo individual. Trabajar siempre en la mesa, salvo que se necesite la campana de gases. Mantener siempre limpia la mesa de trabajo. Al acabar Limpiar la mesa y el material utilizado. Dejar el equipo individual en la mesa de trabajo. Avisar al profesor antes de abandonar el laboratorio 4 2. ÚTILES A TRAER POR EL ALUMNO Bata Gafas de Seguridad Cuaderno de Laboratorio El alumno deberá acudir a cada sesión de prácticas habiendo leído atentamente el guión de la práctica y realizado los cálculos previos. Antes de comenzar cada tanda de sesiones de prácticas, se convocará a los alumnos a una sesión de introducción, en una hora de libre disposición de la asignatura, en la que los alumnos responderán durante 15 a 20 minutos a las cuestiones previas (ver los guiones, p. 10‐24) que el profesor califica y tiene en cuenta para la nota de prácticas. Será imprescindible haber superado esta prueba antes de entrar en el laboratorio. Después, en las fechas programadas, los alumnos realizarán, individualmente o en grupos de dos, las experiencias y cálculos necesarios para la consecución de los objetivos de la práctica, recogiendo en el diario de laboratorio el desarrollo de la práctica y los cálculos y resultados que procedan. Al finalizar la práctica, y antes de abandonar el laboratorio, el alumno responderá a una serie cuestiones finales, que serán evaluadas. La asistencia a estas clases es obligatoria. Las faltas deberán ser justificadas documentalmente en el Decanato de la Facultad, aceptándose aquellos casos contemplados en la normativa universitaria vigente. La práctica no realizada se recuperará de acuerdo con el profesor y dentro del horario de prácticas previsto para la asignatura. 3. CUADERNO DE LABORATORIO Es una descripción pormenorizada del trabajo experimental y personal hecho en el laboratorio. Para su elaboración, seguir los consejos incluidos en el Manual de laboratorio de Química General. 4. EVALUACIÓN Las prácticas de laboratorio constituyen el 20% de la calificación final. Para la evaluación de las prácticas, los aspectos a evaluar serán los siguientes: Organización y pulcritud en el laboratorio. Ejecución de la práctica y resultados obtenidos. Diario de Laboratorio. Cuestiones. 5 5. ALGUNAS OPERACIONES BÁSICAS NO DESCRITAS EN EL MANUAL DE LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL Montajes de reflujo Nunca se debe calentar una reacción en un matraz cerrado, ya que la sobrepresión que se genera podría hacerlo estallar. Por el contrario, si el matraz se dejara abierto, el disolvente acabaría evaporándose, y su contenido quedaría sometido a una calefacción excesiva que podría provocar su descomposición. Para evitarlo, en las reacciones que se realizan a temperatura superior a la ambiente, es necesario colocar un refrigerante de reflujo en una de las bocas del matraz (Figura). A medida que aumenta la temperatura, los vapores del disolvente ascienden al interior del refrigerante, donde se condensan por acción del agua fría de la camisa exterior, y vuelven al matraz estableciéndose un reflujo continuo de disolvente, de modo que el volumen de la reacción se mantiene constante. Por tanto, se denomina reflujo al proceso de evaporación y condensación continua del disolvente en el refrigerante. La mayor parte de las reacciones que requieren calefacción se llevan a cabo a reflujo, es decir a la temperatura de ebullición normal del disolvente, aunque realmente la temperatura de una mezcla a reflujo está ligeramente por encima del punto de ebullición del disolvente. 1Con objeto de garantizar la máxima capacidad de enfriado del refrigerante, el agua debe entrar por la toma inferior y salir por la superior, manteniendo un flujo moderado pero continuo, de modo que la camisa del refrigerante esté siempre llena de agua fría. Para vaciar el agua de la camisa del refrigerante, retirar la goma de entrada conectada al grifo. El refrigerante de reflujo más utilizado es el de tipo bolas (Figura). Sin embargo, con disolventes de punto de ebullición muy bajo (p. ej., éter etílico, pentano, diclorometano) es conveniente utilizar un refrigerante de tipo serpentín, que proporciona un enfriamiento más eficaz. 1 Figura extraída del libro de Martínez Grau, Mª Á. Y Csákÿ, A. G., Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. Síntesis, Madrid, 2001. 6 En el caso de que una reacción se vaya a dejar calentando fuera de las horas de trabajo, es necesario asegurar con una abrazadera las conexiones de entrada y salida de agua al refrigerante, para evitar que se suelte alguna de las gomas. El flujo de agua en el interior del refrigerante debe ser moderado y hay que comprobar que la goma de salida no pueda salirse accidentalmente de la pila de desagüe. 2 Advertencia: No llenar nunca un balón que se está calentando más de las ¾ partes de su capacidad. Cristalización La cristalización (o recristalización) es el método más adecuado para purificar compuestos sólidos, siempre y cuando sólo contengan una cantidad moderada de impurezas. Se basa en el hecho de que si las impurezas son insolubles en el disolvente de cristalización, vamos a poder eliminarlas por filtración, y si son solubles y su proporción en el sólido original es relativamente pequeña, no van a precipitar en las condiciones en que lo hará el producto que queremos purificar (tendremos una disolución diluida en impurezasde la que por tanto no van a precipitar). 2 Figura extraída del librode Harwood, L.M., Moody C. J. y Percy J. M.: Experimental Organic Chemistry, Blackwell Science Ltd, Oxford, 2ª edición, 1999. 7 La cristalización idónea es aquella que tiene lugar lentamente, ya que conduce a cristales muy puros. Si el enfriamiento de la disolución se realiza muy rápidamente, el compuesto puede precipitar en lugar de cristalizar (La precipitación es la formación rápida de un sólido amorfo, mientras que cristalización es la formación lenta de un sólido cristalino). La diferencia a nivel práctico, es que un compuesto que ha precipitado puede contener impurezas que hayan quedado atrapadas en el sólido amorfo por inclusión. El disolvente ideal para cristalizar es aquel que cumple los siguientes requisitos: a) Disolver el sólido a purificar en caliente (a la temperatura del punto de ebullición del disolvente) pero no en frío (a temperatura ambiente o a 0°C). Éste es el requisito fundamental. Un disolvente que disuelva el sólido en frío o no lo disuelva en caliente, no es válido para cristalizar. b) Disolver muy mal o muy bien las impurezas, para que puedan eliminarse al filtrar en caliente o quedar disueltas en las aguas madres, respectivamente. c) No reaccionar con el compuesto a cristalizar. d) Presentar un punto de ebullición inferior al punto de fusión del sólido. El compuesto a cristalizar se debe disolver en caliente, utilizando la mínima cantidad de disolvente con objeto de conseguir una disolución saturada (en caliente), de la que precipite el soluto al enfriar, siguiendo el procedimiento explicado a continuación: a) Añadir la cantidad aproximada (necesaria para obtener una disolución saturada en caliente) de disolvente de cristalización al matraz donde tengamos el sólido a recristalizar. En el caso de no conocer la solubilidad en caliente, añadir una “pequeña” cantidad y proceder como se indica a continuación. b) Calentar el erlenmeyer casi hasta ebullición del disolvente. Agitar continuamente para favorecer la disolución del sólido. Cuando se va a cristalizar en disolventes muy volátiles (éter dietílico, pentano, diclorometano) se recomienda calentar en un matraz con refrigerante de reflujo en lugar de en un erlenmeyer para evitar pérdidas de disolvente. Como alternativa funciona muy bien efectuar la disolución en un matraz erlenmeyer al que le hemos colocado un embudo en la boca, donde recondensan los vapores del disolvente impidiendo de esta forma que éste se evapore. 8 c) Mientras se calienta a ebullición con agitación constante, añadir gradualmente más disolvente hasta que el sólido se disuelva completa o casi completamente. Si el disolvente simplemente se calienta pero no se lleva a ebullición, el sólido tardará en disolverse y, pensando que es insoluble, se añadirá un exceso innecesario de disolvente que conducirá a una disolución no saturada. Observar la velocidad con que se disuelve el sólido, y la cantidad que queda sin disolver, para estimar el volumen de disolvente a añadir. En ocasiones, resulta difícil decidir si la pequeña cantidad de sólido que permanece sin disolver es el compuesto que se va a cristalizar o bien impurezas insolubles. Si después de añadir una cantidad adicional de disolvente y calentar a ebullición sigue sin disolverse, hay que tener en cuenta que podría tratarse de impurezas insolubles y no añadir más disolvente. Si hay impurezas insolubles el método para eliminarlas consiste en filtrar la disolución caliente por gravedad en un erlenmeyer utilizando un embudo de vidrio. La disolución caliente no debe filtrarse a vacío, ya que se favorecería por un lado la evaporación del disolvente, y por otro, el enfriamiento rápido de la disolución, con la consiguiente precipitación del sólido. Este tipo de impurezas no siempre está presente; si después de disolver el sólido se obtiene una disolución transparente, la filtración en caliente no es necesaria. Después de filtrar, tapar el erlenmeyer para evitar la evaporación del disolvente y dejar que la disolución se enfríe lentamente sin mover el erlenmeyer. Si una vez alcanzada la temperatura ambiente el sólido no ha cristalizado, a veces resulta útil: a) Enfriar la disolución en un baño de hielo o b) rascar las paredes o el fondo del erlenmeyer con una espátula o con una varilla de vidrio. De esta manera se introducen en la disolución micropartículas de vidrio que actúan a modo de núcleos de cristalización para el sólido. Una vez que el sólido ha cristalizado, los cristales se separan de la disolución (aguas madres) filtrándolos. 9 6. PROGRAMA DE PRÁCTICAS Práctica 1.‐ Preparación de tetrayoduro de estaño. Práctica 2.‐ Reactividad de los halógenos. Práctica 3.‐ Preparación de la Sal de Mohr. Propiedades ácido‐base de las sales amónicas. Práctica 4.‐ Preparación de hidrogenocarbonato sódico. Práctica 5.‐ Preparación de peroxoborato sódico. 10 TETRAYODURO DE ESTAÑO OBJETIVOS Preparar un haluro molecular por síntesis directa. Hacer una reacción con un montaje de reflujo. INTRODUCCIÓN El yodo es lo suficientemente oxidante y el estaño lo suficientemente reductor (oxidable) como para que la reacción directa conduzca a la oxidación del estaño hasta su estado de oxidación máximo, obteniéndose el tetrayoduro de estaño. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En un balón de 50 o 100 mL se colocan 1 g de estaño granulado y 3,5 g de yodo , se añaden 25 mL de tetracloruro de carbono seco y se refluye en ausencia de humedad hasta que desaparezca el yodo. A continuación la disolución caliente se filtra rápidamente (en vitrina) en una placa filtrante y se lava con muy poco tetracloruro de carbono caliente. El filtrado y los lavados se recogen en un matraz y se enfrían en un baño de hielo. Los cristales obtenidos se filtran en un embudo Büchner y se pesan. Puede obtenerse una nueva cosecha por concentración del filtrado hasta 1/3 de su volumen. Nota ‐ En la primera filtración en placa de la disolución caliente se deberá utilizar material previamente calentado en la estufa. 11 MATERIAL balón de 50/100 mL erlenmeyer de 50 mL probeta de 25 mL refrigerante de reflujo 2 vidrios de reloj 2 cristalizadores 1 placa filtrante tubo de cloruro cálcico REACTIVOS cloruro cálcico anhidro tetracloruro de carbono seco estaño yodo Büchner + Kitasato + cono de goma placa calefactora Cuestiones previas ‐ a) Escribe la reacción completa y ajustada correspondiente a este proceso de síntesis. ¿Cuál es, si lo hay, el reactivo limitante? ‐ b) Los reactivos o productos de reacción utilizados en esta síntesis, ¿tienen alguna característica de peligrosidad? ¿Cuáles? ‐ c) ¿Para qué se utiliza el montaje de reflujo en esta síntesis? 12 REACTIVIDAD DE LOS HALÓGENOS. OBJETIVOS Ensayar en el laboratorio la reactividad de los halógenos y algunas de las propiedades de algunos de sus compuestos más importantes. INTRODUCCIÓN Los halógenos son elementos no metálicos muy reactivos. Su principal propiedad química es que son oxidantes. Su poder oxidante disminuye al descender en el grupo. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL l. ‐OBTENCION DE LOS HALOGENOS a) Obtención de cloro: Poner aproximadamente 0,3 g (una punta de espátula) de cloruro sódico y 0,3 g de dióxido de manganeso en un tubo de ensayo y mezclarlos bien. Adicionar 1 mL de ácido sulfúrico concentrado, calentar suavemente y observar la liberación de un gas verde claro que blanquea el papel de tornasol húmedo. Repetir la experiencia añadiendo a una disoluciónde permanganato potásico ácido clorhídrico concentrado (gota a gota y agitando). Observar los cambios que se producen y anotarlos en el cuaderno de laboratorio. b) Obtención de bromo: Repetir la experiencia anterior usando bromuro potásico en lugar de cloruro sódico. Observar la formación de una disolución de color rojo oscuro que produce un vapor pardo‐rojizo. c) Obtención de yodo: Repetir el experimento reemplazando el bromuro potásico por yoduro potásico. 2.‐REACCIONES DE LOS HALOGENOS a) Solubilidad del yodo en una disolución de yoduro potásico: Colocar algunos cristales pequeños de yodo en un tubo de ensayo y adicionar 2 mL de agua destilada. Calentar ligeramente y dejar enfriar. Observar que se disuelve muy poco yodo. Adicionar ahora 13 2 mL de una disolución de yoduro potásico y observar que se disuelve mucho más yodo, obteniéndose una disolución pardo oscura. b) Reacciones de desplazamiento de los halógenos: Verter 2 mL de una disolución de cloruro sódico en un tubo de ensayo. En un segundo tubo verter igual volumen de una disolución de bromuro potásico, y en un tercer tubo poner la misma cantidad de una disolución de ioduro potásico. Adicionar a cada tubo 2 mL de agua de cloro recientemente preparada y observar los cambios. Adicionar ahora 1 mL de tetracloruro de carbono en cada tubo, tapar y agitar. Observar los cambios en la capa orgánica. Repetir la experiencia con agua de bromo. 3.‐REACCIONES DE LOS HALUROS a) Acción de ácido sulfúrico concentrado sobre cloruro sódico: Colocar 0,1 g de cloruro sódico en un tubo de ensayo y adicionar 0,5 mL de ácido sulfúrico concentrado. Calentar suavemente y observar la liberación de un gas fumante. Colocar al lado un tubo de ensayo con 1 mL de una disolución de amoníaco y anotar lo que ocurre. Repetir el experimento anterior usando ahora 0,1 g de bromuro potásico en lugar de cloruro sódico. Repetir el experimento anterior utilizando 0,1 g de ioduro potásico en vez de bromuro potásico. b) Acción de nitrato de plata a una disolución de un haluro: A 1 mL de una disolución de cloruro sódico adicionar el mismo volumen de una disolución diluida de nitrato de plata. Decantar la disolución, añadir x mL de una disolución de amoníaco y observar el resultado. Repetir la experiencia con disoluciones diluidas de bromuro potásico y yoduro potásico. Se puede distinguir entre cloruros, bromuros y yoduros por el color de sus sales de plata y sus solubilidades en amoníaco acuoso. 4.‐REACCIONES DE LOS ACIDOS HALICOS y SUS SALES a) Acción de disoluciones acidificadas de halatos sobre disoluciones de hierro(II): Acidificar 2 mL de una disolución de clorato potásico con ácido sulfúrico 1 M y adicionar 1 mL de una disolución de sulfato de hierro(II) o sal de Mohr. Calentar 14 durante algunos segundos, enfriar y comprobar la presencia de hierro(III) con una disolución de hidróxido sódico 2 M. Repetir el experimento reemplazando la disolución de clorato potásico por otra de bromato potásico, y luego por una tercera de yodato potásico. b) Acción de disoluciones acidificadas de halatos sobre haluros: Colocar 2 mL de una disolución de bromato potásico en un tubo de ensayo y adicionar el mismo volumen de una disolución de bromuro potásico. Acidificar la disolución con el mismo volumen de ácido sulfúrico 1 M y observar el resultado. Repetir el experimento reemplazando las disoluciones de bromato y bromuro por otras de yodato y yoduro. 15 MATERIAL balón de 50/100 mL erlenmeyer de 50 mL probeta de 25 mL refrigerante de reflujo 2 vidrios de reloj 2 cristalizadores 1 placa filtrante tubo de cloruro cálcico REACTIVOS cloruro cálcico anhidro tetracloruro de carbono seco estaño yodo Büchner + Kitasato + cono de goma placa calefactora Cuestiones previas ‐ a) Escribe la reacción completa y ajustada correspondiente a este proceso de síntesis. ¿Cuál es, si lo hay, el reactivo limitante? ‐ b) Los reactivos o productos de reacción utilizados en esta síntesis, ¿tienen alguna característica de peligrosidad? ¿Cuáles? ‐ c) ¿Para qué se utiliza el montaje de reflujo en esta síntesis? 16 SAL DE MOHR OBJETIVOS Preparar un sulfato. Realizar un proceso de oxidación controlada. INTRODUCCIÓN La Sal de Mohr es un sulfato doble de hierro y amonio; el estado de oxidación que presenta el hierro en el citado compuesto es (II). La reacción se realiza en dos pasos: en el primero se obtendrá sulfato de hierro(II) y en segundo lugar el compuesto deseado. La Sal de Mohr se obtiene como un hexahidrato Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En un Erlenmeyer se mezclan 50 mL de agua y 10 mL de ácido sulfúrico (precaución, añadir el ácido sobre el agua resbalando lentamente por las paredes, agitar con suavidad y enfriar el matraz en un baño de agua fría). La mezcla anterior se divide en dos partes. En la primera de ellas se añaden 5 gramos de hierro metálico (clavos, granalla….), y se calienta suavemente hasta que cese el desprendimiento de gas. Con la segunda se hace una neutralización en caliente, en un vaso de precipitados de 250 mL, añadiéndole lentamente 12 gramos de carbonato de amonio pulverizado. Se filtran ambas disoluciones por separado añadiendo previamente a través del papel de filtro ácido sulfúrico 1 M. Se mezclan inmediatamente y se agita hasta que se enfríe la mezcla. Se concentra hasta unos 25 mL y se cristaliza enfriándola en hielo. Los cristales obtenidos se secan sobre papel de filtro y se lavan con agua. Una vez secos se calcula el rendimiento. podemos valorar el hierro con permanganato ¿qué te parece? 17 MATERIAL 2 matraces Erlenmeyer de 250 mL vaso de precipitados de 250 mL cristalizador probeta barra agitadora Büchner + Kitasato + cono de goma agitador magnético con calefacción REACTIVOS hierro ácido sulfúrico concentrado carbonato de amonio. Cuestiones previas ‐ a) Escribe la reacción completa y ajustada mediante la cual se obtiene la Sal de Mohr. ¿Qué tipo de reacciones son? ‐ b) Calcula los moles adicionados de cada sustancia. ‐ c) ¿Cuál es el reactivo limitante de la reacción? PROPIEDADES ÁCIDO‐BASE DE LAS SALES AMÓNICAS OBJETIVOS Describir, con ayuda de las reacciones químicas adecuadas, las especies presentes en disolución al añadir cloruro amónico al agua. Alternativa: Comprender, con ayuda de un par de experiencias sencillas, las especies presentes en disolución al añadir cloruro amónico al agua. Realizar una demostración práctica del principio de Le Châtelier. INTRODUCCIÓN 18 Este proceso se basa en las distintas propiedades ácido‐base que presenta los cationes que procedentes de un compuesto iónico muy soluble, el cloruro amónico tras su disolución. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En un tubo de ensayo se disuelve cloruro amónico en unos pocos mL de agua hasta obtener una disolución más o menos saturada. Podemos añadir al agua un indicador adecuado para constatar el cambio de pH (también se puede medir con papel indicador). Durante el proceso se puede constatar que apenas huele a amoníaco. Se añaden unas gotas de una disolución concentrada de hidróxido de sodio y se agita, se observa el cambio de pH y se huele el amoníaco desprendido. MATERIAL probeta 10 mL vidrios de reloj gradilla con tubos de ensayo REACTIVOS cloruro amónico hidróxido de sodio fenolftaleína Cuestiones previas 19 HIDROGENOCARBONATO SÓDICO OBJETIVOS Conseguir la preparación de un compuesto aprovechando su menor solubilidad. Estudiaralgunas de las propiedades de carbonatos y bicarbonatos. INTRODUCCIÓN Este proceso se basa en la menor solubilidad del bicarbonato sódico entre todas las sales posibles con los iones existentes en una disolución concentrada de cloruro sódico e hidrogenocarbonato amónico, que en la práctica se consigue saturando una disolución concentrada de cloruro sódico primero con amoníaco y luego con dióxido de carbono. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se disuelven en frio 8,0 g de cloruro sódico comercial en 40 mL de una disolución de amoníaco aproximadamente 8 M. A través de la disolución filtrada se hace borbotear dióxido de carbono, cuidando que la temperatura permanezca entre 25 y 30 °C y regulando la velocidad de borboteo del gas de forma que la absorción sea máxima. Al cabo de poco tiempo comienza a precipitar el carbonato ácido de sodio, sin embargo el paso de CO2(g) debe de mantenerse hasta que se aprecie que no se forma más precipitado. El carbonato ácido de sodio precipitado se filtra en un embudo Büchner y en él se lava con una pequeña cantidad de agua fría y después con éter. Se deja secar al aire (o en una estufa a 40 ºC)y se pesa. Con el hidrogenocarbonato de sodio obtenido llevar a cabo las siguientes pruebas: ‐ a) Poner una punta de espátula de hidrogenocarbonato sódico en un tubo de ensayo, añadirle agua hasta su completa disolución y, a continuación, una gota de fenolftaleína. Medir el pH, anotar los cambios observados y justificarlos. 20 ‐ b) Tomar otras dos tubos de ensayo y en cada uno de ellos añadir unas dos puntas de espátula de hidrogenocarbonato sódico finamente pulverizado y 2 mL de agua (después de agitar bien, debe de quedar una suspensión. En caso contrario, añadir algo más de hidrogenocarbonato). Añadir al primer tubo de ensayo 1 mL3 de disolución 1,0 M de ácido clorhídrico; y al segundo, 1 mL de disolución 5 M de hidróxido sódico. Agitar bien el contenido de ambos tubos con una varilla de vidrio y dejar reposar un rato. A continuación, añadir a ambos tubos 1 mL de disolución de cloruro cálcico 1,0 M. Anotar los cambios observados en cada caso y explicar los procesos que los han provocado. 3 Medirlo con un gotero: 20 gotas equivalen aproximadamente a 1 mL. 21 MATERIAL vaso de precipitados, 250 mL, f.alta vaso de precipitados, 250 mL, f.baja probeta 50 mL probeta 10 mL burbujeador Büchner + Kitasato + cono de goma 2 vidrios de reloj cristalizador gradilla con tubos de ensayo REACTIVOS cloruro sódico amoníaco concentrado carbonato cálcico ácido clorhídrico 0,5 M cloruro cálcico 0,5 M hidróxido sódico 0,1 M éter etílico fenolftaleína bala de CO2 Datos: Solubilidades en agua a 20°C (aproximadas, g de soluto/100 mL de disolución): NaHCO3: 9 Na2CO3: 22 Ca(HCO3)2: 17 CaCO3: 0,002 Cuestiones previas ‐ a) ¿Cómo se preparan 40 mL de disolución de amoníaco 8M a partir de amoníaco comercial? (25% en peso ; d = 0,901 g/mL) ‐ b) Escribir la reacción completa y ajustada correspondiente a este proceso de síntesis. ¿Cuál es el reactivo limitante? ‐ c) Los reactivos o productos de reacción utilizados en esta síntesis, ¿tienen alguna característica de peligrosidad? ¿Cuáles? 22 PEROXOBORATO SODICO OBJETIVOS Preparación de un peroxocompuesto. Estudio de algunas propiedades de los peróxidos. INTRODUCCIÓN Un grupo de gran interés dentro de las sales de boro son las que contienen el ión perborato o peroxoborato, las cuales poseen propiedades que las hacen útiles como agentes blanqueantes. Ello permite su utilización en campos que van desde la industria farmacéutica como aditivos en dentífricos, hasta la fabricación de detergentes industriales Si bien existe un procedimiento industrial que permite la obtención de peroxoborato sódico (o perborato sódico) por electrólisis de una disolución de borato sódico que contiene carbonato sódico, existe otra vía a escala de laboratorio que parte de un producto natural, el bórax, y lo trata con una disolución de peróxido de hidrógeno en medio básico según la reacción: Na2B4O5(OH)4.8H2O + 2NaOH+4H2O2+H2O ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 2 Na2B2O4(OH)4.6H2O Bórax + Hidróxido sódico + Peróxido de hidrógeno +Agua Peroxoborato sódico PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL a) Obtención Se disuelven, en 50 mL de agua destilada, 7 g de bórax, calentando ligeramente. Sobre esta disolución se añade la cantidad estequiométrica de una disolución de hidróxido sódico al 22% en peso. La mezcla resultante se enfría en un baño de agua‐hielo y se le añade, poco a poco y agitando, la cantidad estequiométrica de una disolución de peróxido de hidrógeno del 30% en peso. Después de algún tiempo de reposo en el baño, se separa de la mezcla el peroxoborato sódico cristalizado, y se filtra a vacío en un embudo Büchner. El precipitado se lava primero con agua muy fría y en pequeña 23 cantidad (el peroxoborato sódico es muy soluble en agua), después con etanol 95% y, finalmente, con éter etílico. Se deja secar al aire y se pesa. b) Comprobación de su capacidad redox Se comprobará la capacidad redox del peroxoborato sódico equiparándola con la del peróxido de hidrógeno. Disoluciones de partida: - Peroxoborato sódico: 10 mL de disolución saturada. Filtrar cualquier sólido no disuelto antes de usar la disolución para las pruebas. - Peróxido de hidrógeno: 10 mL de disolución al 30% en peso (comercial). Pruebas: Llevar a cabo las siguientes pruebas en tubos de ensayo, utilizando cada vez 3 mL de cada una de las disoluciones anteriores, y anotar las observaciones que tengan lugar: 1. Acidificar cada una de las disoluciones con 1 mL de ácido sulfúrico 3 M y añadir dos gotas de una disolución de permanganato potásico. 2. Acidificar cada una de las disoluciones con 1 mL de ácido sulfúrico 3 M y añadir unas gotas de una disolución de ioduro potásico. Añadir 1 mL de diclorometano y agitar. MATERIAL 3 Vidrios de reloj probeta de 50 c.c. probeta de 25 c.c. probeta de 10 c.c. vaso de 250 c.c. vaso de 100 c.c. cristalizador embudo de vidrio Büchner + Kitasato + cono de goma placa calefactora gradilla con tubos de ensayo matraz aforado REACTIVOS bórax ácido sulfúrico (c) peróxido de hidrógeno 30% en peso hidróxido sódico permanganato potásico 0,020 M yoduro potásico 0,01 M 24 etanol éter etílico diclorometano Cuestiones previas ‐ a) Haz los cálculos necesarios e indica como preparar 15 mL de disolución de hidróxido sódico al 22% en peso. ‐ b) Calcular qué volumen de la disolución anterior es necesario para reaccionar con 7 gramos de bórax. ‐ c) Calcular el volumen necesario de agua oxigenada al 30% en peso a utilizar en la reacción anterior. ‐ d) Los reactivos o productos de reacción utilizados en esta síntesis, ¿tienen alguna característica de peligrosidad? ¿Cuáles? 25 7. BIBLIOGRAFÍA ‐ Página Web del Servicio de Prevención de Riscos de la USC: http://www.usc.es/export/sites/default/gl/servizos/sprl/descargas/20_Normas _xerais_de_seguridade_nos_laboratorios_de_prxcticas.pdf http://www.usc.es/export/sites/default/gl/servizos/sprl/descargas/09_Normas _mxnimas_para_traballos_en_laboratorios.pdf (acceso el 1 de junio de 2011) Para consultar fichas de datos de seguridad de cualquier producto químico se puede acceder a las páginas del servicio de asistencia de las casas comerciales, como por ejmplo de Sigma‐Aldrich: http://www.sigmaaldrich.com/safety‐center.html (acceso el 27 de septiembre de 2012) ‐ Adams, D.M. y Raynor, J.B.; Química Inorgánica Práctica Avanzada; Reverté,1966 ‐ Biltz, H. Y Biltz, W.; Laboratory Methods in Inorganic Chemistry, 1st ed.; Wiley, 1909 ‐ Brauer, G.; Química Inorgánica Preparativa; Reverté, 1958 ‐ Celis, M. Gutiérrez de; Prácticas de Química Inorgánica; SAETA, 1942 ‐ Dodd, R.E. y Robinson, P.L.; Química Inorgánica Experimental; Reverté, 1965 ‐ Grubitsch, H.; Química Inorgánica Experimental; Aguilar, 1959 ‐ Harwood, L.M., Moody C. J. y Percy J. M., Experimental Organic Chemistry, Blackwell Science Ltd, Oxford, 2ª ed., 1999 ‐ Henderson, W.E. y Fernelius, W.C.; A Course in Inorganic Chemistry Preparations, 1st ed.; McGraw‐Hill, 1935 ‐ Inorganic Syntheses, serie, varios volúmenes, I‐XVII, McGraw‐Hill, desde 1939; XVIII‐ , Wiley, desde 1978 ‐ Journal of the Chemical Education, revista mensual, American Chemical Society, desde 1924 ‐ King, A.; Inorganic Preparations; Van Nostrand, 1936 ‐ Marr, G. y Rockett, B.W.; Practical Inorganic Chemistry; Van Nostrand, 1972 ‐ Martínez Grau, Mª Á. Y Csákÿ, A. G., Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. 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