• Author / Uploaded
• Jose Ramirez

Citation preview

INDICE 1. OBJETIVOS GENERALES.................................................................................... 2

2. MARCO TEÓRICO DEL BORO ........................................................................... 2 3. PICTOGRAMA:....................................................................................................... 3 4. PARTE EXPERIMENTAL. .................................................................................... 6 EXPERIMENTO N°1 ................................................................................................. 6 EXPERIMENTO N°2.- .............................................................................................. 7 EXPERIMENTO N°3: ............................................................................................... 9 EXPERIMENTO N°4: ............................................................................................. 10 EXPERIMENTO N°5: ............................................................................................. 14

5. CUESTIONARIO: ................................................................................................. 15 6. BIBLIOGRAFÍA: ................................................................................................... 18

1

EL BORO Y SUS COMPUESTOS

1. OBJETIVOS GENERALES  Estudiar la formación de un complejo coordinado a partir de distintas sales. 

Observar la estabilidad de algunos complejos mediante la realización de reacciones simples.



Estudiar algunas propiedades de los compuestos coordinados estudiados.

2. MARCO TEÓRICO DEL BORO Un compuesto de coordinación o complejo se forma cuando una base de Lewis se enlaza a un centro metálico (átomo o ion) que es un ácido de Lewis. En un compuesto de coordinación, las bases de Lewis, moléculas o iones que poseen átomos con pares electrónicos libres (dadores), se denominan ligandos. Según el número de enlaces que forme el ligando con el centro metálico, se clasifican en: monodentados, bidentados y polidentados.

CONSIDERACIONES TERMODINAMICAS CONSTANTES DE FORMACION Una constante de formación expresa la fuerza de un ligante en relación con la fuerza de las moléculas de disolvente como ligante, una constante de formación por etapa. Es la constante de formación para cada reemplazo de disolvente individual en las síntesis del complejo, mientras que una constante de formación global es el producto de las constantes de formación de cada etapa. EFECTO QUELATO El efecto quelato es la mayor estabilidad que alcanza un complejo que contiene un ligante polidentado coordinado en comparación con un complejo que contiene el número equivalente de los ligantes monodentados análogos, es por mucho un efecto trópico. SERIE DE IRVING-WILLIANS La serie de Irving resume las estabilidades relativas de los complejos formados por iones de M+2, y refleja una combinación de efectos electrostáticos y de estabilización por el campo de los ligantes.

2

3. PICTOGRAMA: HCl RIESGOS: Producto comburente. Nocivo por inhalación y por ingestión. Peligro de explosión al mezclar con materiales combustibles. PRECAUCIONES: almacenar en lugar fresco, ventilado y seco lejos de fuentes de calor y materiales incompatibles PRIMEROS AUXILIOS: en caso de ingestión Remover al aire fresco. Si no respira, dar respiración artificial. Si se le dificulta respirar, dar oxígeno o en su defecto acudir al médico.

USOS Y APLICACIONES: Agente reductor para metales y enchapados metálicos

Fe(NO3)2 RIESGOS: Irritante para los ojos y la piel, peligro de fuego en contacto con materiales combustibles. PRECAUCIONES: evite en contacto con la piel usando guantes PRIMEROS AUXILIOS: en caso de contacto con los ojos, lavarse inmediatamente y abundante agua y acuda al medico USOS Y APLICACIONES: es un catalizador de preferencia de amida de sodio, se emplea en la oxidación de alcoholes y aldehídos

EDTA RIESGOS: Nocivo en el caso de ingestión. No inhalar vapores PRECAUCIONES: La evaporación a 20°C es despreciable: sin embargo; se puede alcanzar rápidamente una concentración molesta de partículas de aire PRIMEROS AUXILIOS: en caso de contacto con los ojos, lávese inmediatamente con abundante agua y acúdase al medico USOS Y APLICACIONES: es uno de los más importantes agentes quelantes orgánicos, para calcio, magnesio, hierro, cobre. Es uno de los más versátiles y de mayor uso

3

Co(NO3)2 RIESGOS: Su inhalación directa causa la muerte, en contacto con la piel produce irritación y quemaduras locales. PRECAUCIONES: debe contar con excelente ventilación, siempre usando equipos de protección, almacenar en lugares altos, frescos y ventilados evitando luz solar. PRIMEROS AUXILIOS: en caso de ingestión, no inducir al vómito, dar grandes cantidades de agua. USOS Y APLICACIONES: es usado como reactivo clásico de los laboratorios, usado en síntesis de catalizados

NH4OH RIESGOS: Nocivo en caso de ingestión. Provoca irritación ocular grave. Provoca irritación cutánea. Nocivo para los organismos acuáticos PRECAUCIONES: Mantener alejado de fuentes de ignición. Los vapores son más pesados en aire, por lo que pueden desplazarse a nivel del suelo. Pueden formar mezclas explosivas con el aire PRIMEROS AUXILIOS: en caso de inhalación trasladar a la persona al aire libre, en caso de asfixia a la respiración artificial, con contacto con la piel lavar con agua USOS Y APLICACIONES: usos de limpieza, para limpiar vidrios, para usos de laboratorio, como regulador de pH, en tintes de cabello

(NH4)2Ni(SO4)2 RIESGOS: En de cantidades muy grandes puede causar vómitos, por inhalación causa irritación al sistema respiratorio. PRECAUCIONES: usar mascarillas y guantes de neopropeno PRIMEROS AUXILIOS: En caso de ingestión no inducir al vomito lavar la boca con agua, en contacto con los ojos lavar con agua USOS Y APLICACIONES: medicina, preparación de metales pesados y como reactivo para análisis químico en el laboratorio

4

CuSO4 RIESGOS: altamente inflamable. En casi de incendio se desprende humos tóxicos e irritantes. En contacto con la piel y ojos causa enrojecimiento por ingestión PRECAUSIONES: evitar las llamas, no producir chispas y no fumar. No poner en contacto con la humedad o cualquier otra sustancia PRIMEROS AUXILIOS: en contacto con la piel aclarar con agua, si padece la molestia consultar a un médico, en caso de ingestión enfajar la boca USOS Y APLICACIONES: usado como ánodo para evitar corrosión de metales

Na2C2O4 RIESGOS: extremadamente destructivo para tejidos de membranas mucosas y tracto respiratorio superior, la ingestión puede causar quemaduras severas PRECAUSIONES: mantener en un recipiente cerrado herméticamente, almacene en un lugar fresco y seco ventilado, proteger de daños físicos PRIMEROS AUXILIOS: en caso de contacto en la piel lavar con agua y abundante jabón, e contacto con los ojos aclarar cuidadosamente con agua varios minutos USOS Y APLICACIONES: como patrón primario para disoluciones de permanganato de magnesio, es estable a temperaturas mayores de 60C

5

4. PARTE EXPERIMENTAL. 4.1 EXPERIMENTO N°1.- “prepara ración de un complejo de cobalto”. a. OBSERVACONES Al inicio la solución de nitrato de cobalto tenía una coloración rosada, y luego de agregarle unas gotas HCl 12M concentrado, se observa un cambio a una coloración azul claro, lo cual es indicativo de la formación de una nueva sustancia de cobalto. b. DUAGRAMA DE FLUJO

1. Agregamos 10 gotas de solución de 2𝐶𝑜(𝑁𝑂3 )2.

2. Adicionamos gota a gota HCl 12M concentrado.

3. Observar el cambio de color ocurrido.

c. ECUACIONES QUIMICAS 𝟐𝑪𝒐(𝑵𝑶𝟑 )𝟐(𝒂𝒄) + 𝟒𝑯𝑪𝒍(𝒂𝒄) → 𝑪𝒐(𝑪𝒐𝑪𝒍𝟒 )(𝒂𝒄) + 𝟒𝑯𝑵𝑶𝟑(𝒂𝒄) Rosado

Tetracloro de Cobalto (II) Azul claro

d. CONCLUSIONES  Al inicio la solución de nitrato de cobalto se muestra de color rosado, y luego de agregarle gotas de HCl esta cambia de color, esto se debe a la presencia del complejo de cobalto el cual es de color azul claro.

6

4.2 EXPERIMENTO N°2.a. OBSERVACIONES  Luego de agregar a cada muestra de Fe(NO3)3 unas gotas de KSCN, HCl, Na2C2O4 y EDTA, se logró observar en cada tubo un cambio de color muy evidente y en otros un cambio no tan notorio, lo cual es indicativo que se está formando nuevas sustancias químicas.  En el segundo tubo su coloración se volvió más amarillenta, en el tercer tubo se observó un color violeta, en el cuarto y quinto tubo no cambio de color, todos estos comparados con el primer tubo, el cual se tomó de color patrón.

b. DIAGRAMA DE FLUJO + HCl

Fe(NO3)3(ac)

FeCl4-(ac)

+ KSCN

Fe(SCN)63-(ac)

+ Na2C2O4

Fe(C2O4)33-(ac)

+ EDTA

Fe(Y)2-(ac)

7

c. ECUACIONES QUIMICAS

Fe(NO3)3(ac) + 12HCl(ac) 2Fe(NO3)3(ac) + 6KSCN(ac) 2Fe(NO3)3(ac) + 3Na2C2O4(ac) Fe(NO3)3(ac) + EDTA(ac)



Fe(FeCl4)3(ac) + 12HNO3(ac)



Fe(Fe(SCN)6)(ac) + 6KNO3(ac)



Fe2(C2O4)3(ac) + 6NaNO3(ac)



Fe4( Y )3(ac)

d. CONCLUSIONES  Cada complejo formado posee propiedades físicas y químicas diferentes, una forma sencilla de reconocerlos es mediante su color distintivo.  Al agregarle HCl, Na2C2O4 y EDTA a la solución inicial de Fe(NO3)3 su color no varía mucho, en cambio al agregarle el KSCN, su color cambio totalmente a un rojo sangre.

8

4.3 EXPERIMENTO N°3: “Influencia la dilución sobre el coeficiente de disociación del complejo respecto a su estabilidad termodinámica”. a.

b.

OBSERVACIONES:  La solución de CuSO4 es de una coloración celeste claro, que va tomando un tono azulado intenso a medida que se le agrega gotas de NH4OH. A demás al final se nota la presencia de un precipitado (sulfato tetramino de cobre (II)).  Los procesos de dilución siguientes, van disminuyendo esta coloración tornándola celesta clara.  La solución de CuSO4 añadida con gotas EDTA, no presenta cambio notorio, y la coloración celeste permanece hasta el final.  Los procesos de dilución también disminuyen la coloración celeste tornándola muy clara. DIAGRAMA DE FLUJO:

1. Rotulamos dos tubos de ensayo y agregamos a cada uno 1 ml de CuSO4

2. Al primer tubo agregamos NH4OH hasta formar un complejo. En el siguiente tubo gotas de EDTA hasta conseguir el mismo propósito.

3. Pasamos a diluir el producto de la reacción en 2, 4 y 6 veces su volumen y comparamos con la solución inicial.

9

c.

REACCIONES QUÍMICAS: A. 4NH4OH(ac) + CuSO4(ac)  [Cu (NH3)4]SO4(s) +

4H2O(l)

Tipo: Reacción de complejación. B. EDTA(ac)-4 +

CuSO4(ac)  SO42-(ac)

+

[ Cu(EDTA)]2-(ac)

Tipo: Reacción de complejación.

d. CONCLUSIONES:  Las dos reacciones que se llevaron a cabo son del tipo: complejación, es decir se obtuvo en los productos complejos de coordinación.  La dilución implica agregar mayor cantidad de solvente y este es un que afecta el equilibrio de la formación de complejos. Existen metales de transición que con el agua forman los llamados acuocomplejos, esta formación es a veces más estable que los complejos formados con otros iones.  Los complejos presentan un grado de estabilidad que depende de muchos factores, esto se profundizará en el apartado del cuestionario.

4.4 EXPERIMENTO N°4: a. OBSERVACIONES: En la primera secuencia: Al agregarlo KCl precipita color blanco amorfo. Al agregarle NH4OH el precipitado se va. Al agregarle NaBr se produce un precipitado cristalino blanco brillante. Al agregarle KSCN, forma un precipitado amorfo blanco. Al agregarlo el Na2S, se forma muy rápidamente un precipitado color negro. En la segunda secuencia: Al agregarle NH4OH, no produce precipitación. Al agregarle NaBr se produce un precipitado plomo. Al agregarle KSCN, forma un precipitado plomo granulado. Al agregarlo el Na2S, se forma muy rápidamente un sedimento color negro. Al agregarlo KCl se mantiene el precipitado color negro.

10

En la tercera secuencia: Al agregarle NaBr se produce un precipitado granulado blanco (como leche cortada). Al agregarle KSCN, forma un precipitado blanco opaco. Al agregarlo el Na2S, se forma muy rápidamente un precipitado color negro. Al agregarlo KCl no hay variación del precipitado. Al agregarle NH4OH continúa el precipitado color negro. En la cuarta secuencia: Al agregarle KSCN, forma un precipitado. Al agregarlo el Na2S, se forma muy rápidamente un precipitado color negro. Al agregarlo KCl continua la intensidad del negro del precipitado. Al agregarle NH4OH el precipitado negro se mantiene. Al agregarle NaBr no hay cambio. En la quinta secuencia: Al agregarlo el Na2S, se forma muy rápidamente un precipitado color negro. Al agregar los demás, no se observa mucha variación de color. Observamos que el precipitado final presenta las mismas características en todas las secuencias. El AgNO3(ac) es de color transparente. Ni bien agregamos el Na2S, el precipitado formado es de color negro, este mismo precipitado se mantiene inalterable por el resto de la secuencia.

b. DIAGRAMA DE PROCESOS:

11

c. REACCIONES QUÍMICAS Primera secuencia: KCl + NH4OH + NaBr + KSCN + Na2S 1ra 2da 3ra 4ta 5ta

AgNO3(ac) + KCl(ac)  AgCl(s) + KNO3(ac) AgCl(s) + 2NH4OH(ac)  (Ag(NH3)2)Cl(ac) + 2H2O(l) (Ag(NH3)2)Cl(ac) + NaBr(ac)  AgBr(s) + NaCl(ac) + 2NH3(ac) AgBr(s) + KSCN(ac)  AgSCN(s) + KBr(ac) AgSCN(s) +Na2S(ac)  Ag2S(s) + 2NaBr + 2NaSCN(ac)

Segunda secuencia: NHº4OH(ac) + NaBr + KSCN + Na2S + KCl 1ra 2da 3ra 4ta 5ta

AgNO3(ac) + 3NH4OH(ac)  (Ag(NH3)2)NO3(ac)+ 3H2O(l) (Ag(NH3)2)NO3(ac) + NaBr(ac)  AgBr(s)+ NaNO3(ac) + 2NH3(ac) AgBr(s) +KSCN(ac) AgSCN(s) + KBr(ac) AgSCN(s) + Na2S(ac)  Ag2S(ac)+2NaSCN(ac) Ag2S(ac)+ 2KCl(ac)  2AgCl(ac) + K2S(s)

Tercera secuencia: NaBr + KSCN + Na2S + KCl + NH4OH 1ra 2da 3ra 4ta 5ta

AgNO3(ac) + NaBr(ac)  AgBr(s)+ NaNO3(ac) AgBr(s)+KSCN(ac)  AgSCN(s) + KBr(ac) 2AgSCN(s)+Na2S(ac)Ag2S(s) + 2NaSCN(ac) Ag2S(s) + 2KCl(ac)  2AgCl(s) + K2S(ac) AgCl(s) + 2NH4OH(ac)  (Ag(NH3)2)Cl(ac) + 2H2O(l)

Cuarta secuencia: KSCN + Na2S + KCl + NH4OH + NaBr 1ra 2da 3ra 4ta 5ta

AgNO3(ac) + KSCN(ac)  AgSCN(s)+ KNO3(ac) 2AgSCN(s)+Na2S(ac)Ag2S(s) + 2NaSCN(ac) Ag2S(s) + 2KCl(ac)  2AgCl(s) + K2S(ac) AgCl(s) + 2NH4OH(ac)  (Ag(NH3)2)Cl(ac) + 2H2O(l) (Ag(NH3)2)Cl(ac) + NaBr(ac)  AgBr(s) + NaCl(ac) + 2NH3(ac)

Quinta secuencia: Na2S + KCl + NH4OH + NaBr + KSCN 1ra 2da 3ra 4ta 5ta

2AgNO3(ac) + Na2S(ac)  Ag2S(s)+ 2NaNO3(ac) Ag2S(s) + 2KCl(ac)  2AgCl(s) + K2S(ac) AgCl(s) + 2NH4OH(ac)  (Ag(NH3)2)Cl(ac) + 2H2O(l) (Ag(NH3)2)Cl(ac) + NaBr(ac)  AgBr(s) + NaCl(ac) + 2NH3(ac) AgBr(s)+KSCN(ac)  AgSCN(s) + KBr(ac)

12

d. EXPLICACION E INTERPRETACION DE RESULTADOS  En las observaciones deducimos que después de agregar el Na2S, el precipitado resultante resulta ser estable, ya no reaccionando con los demás, en este caso sería el precipitado Ag2S(s), este es el precipitado termodinámicamente más estable comparado entre las demás.  La termodinámica está bastante presente en los complejos, esto es importante ya que al formarse el Ag2S(s), las demás reacciones, en las condiciones del laboratorio, no reaccionarían con los compuestos que siguen porque la variación de energía libre sería positiva, ya no sería ESPONTANEO, aunque algunas reacciones escapan de dicha restricción, su formación también tendría que cumplir con una cinética significante. Por estos dos factores, de estabilidad del Ag2S(s) y su rapidez de formación que en todas las secuencias finaliza a formarse dicha sustancia química.  Las reacciones químicas fueron deducidas en base a propiedades de solubilidad de los alcalinos y del ión Ag- , además de las características del precipitado obtenido, si no hay precipitado, los productos no te puede resultar un compuesto soluble, absurdo. e. CONCLUSIONES  Hemos observado por análisis cualitativos las reacciones con formación de complejos químicos, y hemos concluido la importancia de la termodinámica en este tipo de reacciones, observándolas en precipitados de estas reacciones, donde la visualización de los cambios se muestra de manera más simple.

f.   

APRECIACIONES Y RECOMENDACIONES Lavar muy bien los tubos de ensayo para evitar reacciones indeseadas. Recomiendo ir secuencia por secuencia para evitar confusiones. Se poder utilizar mascarilla por el olor penetrante del amoniaco, recuerde siempre vestir de indumentaria adecuada tal como guantes y bata, y presentarse en un ambiente idóneo para la experiencia.

13

4.5 EXPERIMENTO N°5: “Importancia analítica de algunos complejos“. a. OBSERVACIONES: 



Al agregar DMG a una solución que contiene iones níquel, ésta pasa se ser incolora a tomar una coloración rosada, con la presencia de un precipitado del mismo color. Al agregar EDTA a una solución que contiene iones cobre, ésta cambia de celeste a un color azul intenso.

b. DIAGRAMA DE FLUJO:

2. Luego de agregar gotas de EDTA. (Cu2+)

1. Agregamos 10 gotas de CuS04 y (NH4)2Ni(SO4)2

3. Luego de agregar gotas de DMG. (Ni2+)

14

c. REACCIONES QUÍMICAS:

 Ni2+(ac) +

DMG(ac)  Ni(DMG)2(s)

 Cu2+(ac) +

EDTA4-(ac)  [Cu(EDTA)]2-(ac)

d. CONCLUSIONES:  El reconocimiento de iones disueltos mediante la formación de complejos se denomina complexometría, y para cada ion se usa una sustancia en especial.  Tal reconocimiento muchas veces implica un cambio de coloración en la solución inicial, así como la formación de precipitados, como sucedió en esta experiencia.

5. CUESTIONARIO:  Indica las diferencias y semejanzas entre ligandos quelatos y polidentados. Cita ejemplos. Los ligandos como el NH3 y Cl-, se llaman ligandos monodentados. Estos ligandos poseen un solo átomo donador y pueden ocupar un solo sitio de una esfera de coordinación. Ciertos ligandos tienen dos o más átomos donadores que se pueden coordinar simultáneamente a un ion metálico, por lo que ocupan dos o más sitios de coordinación. A éstos se les llama ligandos polidentados. Debido a que parecen sujetar el metal entre dos o más átomos donadores, los ligandos polidentados también se conocen como agentes quelantes. Un ligando de este tipo es la etilendiamina que se abrevia “en”, tiene dos átomos de nitrógeno que tienen pares de electrones no compartidos. Estos átomos donadores están lo suficientemente alejados uno de otro como para que el ligando pueda envolver al ion metálico y los dos átomos de nitrógeno coordinarse simultáneamente con el metal en posiciones adyacentes. Ejemplos de quelatos:   

Quelatos químicos o totales. - Entre ellos están los quelatos en EDTA, DPTA y HEDTA. Quelatos débiles. – Quelatos en NTA, HEIDA, ácido cítrico, etc. Quelatos parciales o físicos. - Quelatados en un 10-50%, presentan contenido de azufre proveniente de una sal inorgánica de sulfato.

Polidentados. - Un ligando que tiene más de un átomo que coordina directamente con el átomo central en un complejo. Los ligandos polidentados se llaman agentes quelantes, cuando dos o más átomos se unen a la coordinación de los iones metálicos en un mismo complejo. Por ejemplo, EDTA o ácido etilenediaminotetracético es un ligando hexadentado de iones de calcio.  Presente el árbol de isomería de los complejos:

15

Algunos tipos de isomería se encuentran entre los iones complejos y compuestos de coordinación. Estos se pueden agrupar en dos amplias categorías: los isómeros estructurales que se diferencian en la estructura básica o tipo de enlace (qué ligandos se unen al metal central y a través de qué átomos). Los estereoisómeros tienen el mismo tipo y número de ligandos y el mismo tipo de unión, pero difieren en la forma en que los ligandos ocupan el espacio alrededor del metal central. De los siguientes cinco ejemplos, los tres primeros son del tipo isomería estructural y los dos restantes son del tipo estereoisomería. Isomería de ionización. Los dos compuestos de coordinación cuyas fórmulas se muestran a continuación tienen el mismo ion central (Cr3+), y cinco de los seis ligandos (moléculas NH3) son los mismos. La diferencia entre estos compuestos es que uno tiene el ion SO42- como sexto ligando, con un ion Cl- para neutralizar la carga del ion complejo; el otro tienen el ion Cl- como sexto ligando y el SO42- para neutralizar la carga del ion complejo. [CrSO4(NH3)5]Cl [CrCl(NH3)5]SO4 Isomería de coordinación. Una situación semejante a la que se acaba de describir puede surgir cuando un compuesto de coordinación está formado por cationes y aniones complejos. Los ligandos pueden distribuirse de forma diferente entre los dos iones complejos, como el NH3 y CN- en estos dos compuestos. [Co(NH3)6][Cr(CN)6] [Cr(NH3)6][Co(CN)6] Isomería de enlace Algunos ligandos pueden unirse de diferentes formas al ion metálico central de un ion complejo. Por ejemplo, el ion nitrito, un ligando monodentado tiene pares de electrones disponibles para la coordinación procedentes de los átomos de N y de O. Si la coordinación se produce a través del átomo de O se forma un complejo nitrito. [CoCl(NO2)(NH3)4]+ [CoCl(ONO)(NH3)4]+

16

Estereoisomería: Los átomos están enlazados de la misma forma pero varia la disposición espacial, en estos casos se debe indicar el nombre apropiado o dibujar la estructura del compuesto. Escribiendo las formulas solamente no podríamos distinguir los distintos isómeros. a) Isomería geométrica:

b) Isomería óptica: Ocurre cuando un complejo y su imagen especular no son superponibles. Cada isómero recibe el nombre de enantiómero y se dice que la molécula es quiral. En química de coordinación este tipo se isomería se da generalmente en complejos octaédricos, Ej. [Co(en)3]3+

17

Así como no hay manera de torcer o dar la vuelta a nuestra mano derecha para hacerla idéntica a la mano izquierda, no hay manera de superponer dos enantiomeros por giro. Los enantiómeros tienen las mismas propiedades físicas, pero desvían de diferente forma la luz polarizada, se dice que son ópticamente activos.

6. BIBLIOGRAFÍA:  Química de los Compuestos de Coordinación”, Año 1967, Fred Bazolo Ronald, Johnson. Editorial Reverte S.A, 98 Y 130.  Arthur I. Vogel. QUÍMICA ANALÍTICA CUALITATIVA. Editorial KAPELUSZ. Quinta edición 1974, Buenos Aires. Página 259-264, 270, 277279, 326-328

18