1 sintesis de complejos de oxalato

Laboratorio de Química de Coordinación

SÍNTESIS Y REACCIONES DE COMPLEJOS CON OXALATO

OBJETIVO

Familiarizarse con compuestos de coordinación preparando un compuesto

representativo y presenciando algunas reacciones típicas

INTRODUCCIÓN Cuando el trifluoruro de boro gaseoso, BF3, se pasa en trimetilamina líquida,

(CH3)3N, ocurre una reacción altamente exotérmica, y se separa un sólido

blanco cremoso, (CH3)3N: BF3. Este sólido, el cual es un aducto de trimetilamina

y trifluoruro de boro, es un compuesto de coordinación. Contiene un enlace

covalentemente coordinado, o dativo, que une al ácido de Lewis BF3 con la base

de Lewis trimetilamina. Se conocen numerosos compuestos de coordinación, y

de hecho casi todos los compuestos de los elementos de transición son

compuestos de coordinación donde el metal es un ácido de Lewis y los átomos o

moléculas unidos al metal son bases de Lewis. Estas bases de Lewis se llaman

ligantes, y los compuestos de coordinación se denotan usualmente por

paréntesis cuadrados cuando se escriben sus fórmulas. El metal y los ligandos

unidos a el constituyen lo que se llama la esfera de coordinación. Al escribir las

fórmulas químicas para compuestos de coordinación, usamos paréntesis

cuadrados para establecer la esfera de coordinación de las demás partes del

compuesto. Por ejemplo, la sal NiCl2.6H2O es en realidad el compuesto de

coordinación [Ni(H2O)6]Cl2, mientras que el ion hexaacuoníquel(II), [Ni(H2O)6]2+,

es un compuesto de coordinación que posee una geometría octaédrica, como se

muestra en la Fig. 2.1.

Los ápices de un octaedro regular son todas posiciones equivalentes. Por

lo tanto cada una de las moléculas monodentadas (un sitio donador) de H2O en

el ion [Ni(H2O)6]2+ y los tres iones oxalato bidentados (dos sitios donadores),

C2O42-, en [Co(C2O4)3]2- están en ambientes idénticos. Las moléculas de agua en

los dos compuestos isoméricos cis- y trans-[Cr(C2O4)2(H2O)2]- están en

ambientes equivalentes dentro de cada ion complejo (compuesto de

coordinación), pero los dos iones isoméricos no son equivalentes el uno al otro.

Síntesis y Reacciones de Complejos de Oxalalato


Las dos moléculas de agua están adyacentes en el isómero cis y opuestos entre

sí en el isómero trans. Estos dos isómeros se llaman isómeros geométricos, y

aunque tienen fórmulas moleculares y empíricas idénticas, sus arreglos

geométricos en el espacio son diferentes. Consecuentemente, tienen

propiedades físicas y químicas diferentes, como demostrará su instructor de

laboratorio a través de las reacciones mostradas en la Figura 3.2.

Su meta en este experimento es preparar un compuesto de coordinación

que contenga oxalato. Usted preparará uno de los siguientes compuestos:

1. K3[Cr(C2O4)3].3H2O;

2. K3[Cu(C2O4)3].2H2O;

3. K3[Fe(C2O4)3].3H2O; o

4. K3[Al(C2O4)3].3H2O.

Su instructor de laboratorio le dirá cuál de ellos preparar. Cada uno de estos

compuestos será preparado por alguien en su sección de laboratorio de manera

que pueda comparar sus propiedades. (PRECAUCIÓN: Use guantes. El ácido

oxálico es un compuesto tóxico y se absorbe a través de la piel. Si llega a estar

en contacto con su piel, lávese inmediatamente con copiosas cantidades de

agua.)

APARATOS Y REACTIVOS cis- y trans-K[Cr(C2O4)2(H2O)2 (se da la preparación) Granalla de aluminio

NH4OH y HCl 6 M Hidróxido de potasio 6 M

Ácido oxálico Embudo Büchner 9-cm

Oxalato de potasio monohidratado Matraz Kitazato 250 mL

Oxalato de sodio Botella de boca ancha 8-oz

Dicromato de potasio Bomba de vacío

Etanol al 50% Tapón de hule bihoradado No. 6

Etanol al 95% Hielo

Etanol absoluto Matraces (100 mL y 250 mL)

Acetona Varilla de vidrio

Sulfato de cobre pentahidratado Soporte y anillo de hierro



Sulfato de amonio ferroso hexahidratado Malla de asbesto

Peróxido de hidrógeno al 6% Mechero Bunsen y manguera

H2SO4 6 M Termómetro

Papel filtro 9-cm Fibra de vidrio

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Prepare uno de los complejos cuya síntesis se proporciona enseguida.

1. Preparación de K3[Cr(C2O4)3].3H2O K2Cr2O7 + 7 H2C2O4 + 2 K2C2O4 ---> 2 K3[Cr(C2O4)3].3H2O + 6 CO2 ↑ + H2O

Lentamente añada 3.6 g de dicromato de potasio a una suspensión de 10 g de

ácido oxálico en 20 mL de H2O en un vaso de precipitados de 250 mL. La

mezcla color naranja debe calentarse espontáneamente casi hasta ebullición

conforme comienza una vigorosa evolución de gas. Cuando la reacción se

asienta (cerca de 15 min.), disuelva 4.2 g de oxalato de potasio monohidratado

en el líquido caliente verde-negro y caliente a ebullición por 10 min. Permita al

vaso de precipitados y su contenido enfriarse a temperatura ambiente. Añada

cerca de 10 mL de etanol al 95%, con agitación, dentro de la solución enfriada

en el vaso. Posteriormente enfríe el vaso y su contenido en hielo. El líquido

enfriado debe espesarse con cristales. Después de enfriar en hielo por 15-20

min., se deben colectar los cristales por filtración con succión usando un embudo

Büchner y matraz Kitazato. Lave los cristales en el embudo con tres porciones

de 10 mL de etanol acuoso al 50% seguido por 25 mL de etanol al 95% y seque

el producto en aire. Pese el material secado al aire y guárdelo en un vial. Usted

debe obtener alrededor de 9 g de producto. Calcule el rendimiento teórico y

determine su rendimiento porcentual. Las reacciones de cromo (III) son lentas, y

su rendimiento será bajo si usted trabaja demasiado aprisa.

% rendimiento = 100 x gramosenteóricoientorengramosenrealientoren

⋅⋅⋅dimdim ………

Guarde su muestra.

Ejemplo 2.1



En la preparación del cis-K[Cr(C2O4)2(H2O)2].2H2O, se dejaron reaccionar 12.0 g

de ácido oxálico con 4.00 g de dicromato de potasio, y se aislaron 8.20 g de cis-

K[Cr(C2O4)2(H2O)2].2H2O. ¿Cuál es el rendimiento porcentual en la síntesis?

Solución:

K2Cr2O7 + 7 H2C2O4 + 2 H2O --->

2 K[Cr(C2O4)2(H2O)2].2 H2O + 6 CO2 ↑ + 13 H2O

A partir de la reacción anterior vemos que 1 mol de K2Cr2O7 reacciona con 7

moles de H2C2O4 para producir 2 moles de K[Cr(C2O4)2(H2O)2].2 H2O. En

nuestra síntesis hemos usado lo siguiente:

Moles de K2Cr2O7 = 0136.0/19.29400.4 =molg

g moles

Moles de H2C2O4 = 0952.0/07.1260.12 =molg

g moles

Nuestra reacción requiere una relación molar 7:1 de ácido oxálico a K2Cr2O7 , y

hemos realmente usado una relación molar 6.999 o, dentro del error

experimental, la cantidad estequiométrica de cada reactivo. Por lo tanto el

número de moles que se forman de K[Cr(C2O4)2(H2O)2].2 H2O debe ser el doble

que el número de moles de K2Cr2O7.

Moles de K[Cr(C2O4)2(H2O)2].2H2O (esperado) = (2)(0.0136 moles) = 0.0272 mol

El rendimiento teórico de K[Cr(C2O4)2(H2O)2].2H2O es

(0.0272 moles)(339.0 g/mol) = 9.22 g

Nuestro rendimiento porcentual es entonces

% rendimiento = %0.9022.9)30.8)(100( =g

g

2. Preparación de K2[Cu(C2O4)2].2H2O CuSO4

.5H2O + 2 K2C2O4.H2O ---> K2[Cu(C2O4)2].2H2O + K2SO4 + 5 H2O

Caliente una solución de 6.2 g de sulfato de cobre pentahidratada en 12 mL de

agua a ca. 90oC y añádala rápidamente, con agitación vigorosa, a una solución

caliente (~90oC) de 10.0 g de oxalato de potasio monohidratado en 50 mL de

agua contenida en un vaso de precipitados de 100 mL. Enfríe la mezcla

colocando el vaso en un baño de hielo por 15-30 min. Filtre por succión los

cristales obtenidos usando un embudo Büchner y matraz Kitazato y lave los

cristales sucesivamente con cerca de 12 mL de agua fría, luego 10 mL de etanol



absoluto, y finalmente 10 mL de acetona y aire seco. Pese el material secado al

aire y guárdelo en un vial. Usted debe obtener cerca de 7 g de producto. Calcule

el rendimiento teórico y determine su rendimiento porcentual. Guarde su muestra

para análisis.

3. Preparación de K3[Fe(C2O4)3].3H2O (NH4)2[Fe(H2O)2(SO4)2] . 4H2O + H2C2O4 . 2H2O ---> FeC2O4 + H2SO4 +

(NH4)2SO4 + 8H2O

H2C2O4 . 2H2O + 2FeC2O4 + 3K2C2O4 . H2O + H2O2 --->

2K3[Fe(C2O4)3] . 3H2O + H2O

Esta preparación contiene dos partes separadas. Primero se prepara el

oxalato de hierro(II) y luego se convierte a K3[Fe(C2O4)3] . 3H2O por oxidación

con peróxido de hidrógeno en la presencia de oxalato de potasio.

A una solución de 10 g de sulfato de amonio ferroso hexahidratado en 30

mL de agua conteniendo unas pocas gotas de H2SO4 6 M (para prevenir

oxidación prematura de Fe2+ a Fe3+ por O2 en el aire), añada, con agitación, una

solución de 6 g de ácido oxálico en 50 mL. Se forma oxalato de hierro(II)

amarillo. Cuidadosamente caliente la mezcla a ebullición mientras agita

constantemente para prevenir salpicaduras por proyección. Decante y descarte

el líquido sobrenadante y lave el precipitado varias veces añadiendo ca. de 30

mL de agua caliente, agitando, y decantando el líquido. La filtración no es

necesaria en este punto.

Al oxalato de hierro(II) húmedo, añada una solución de 6.6 g de oxalato

de potasio monohidratado en 18 mL de agua y caliente la mezcla a cerca de

40oC. LENTAMENTE Y CUIDADOSAMENTE añada 17 mL de peróxido de

hidrógeno al 6%, H2O2, mientras agita constantemente y manteniendo la

temperatura a 40oC. Después de terminar la adición de peróxido de hidrógeno,

caliente la mezcla a ebullición y añada una solución que contenga 1.7 g de ácido

oxálico en 15 mL de agua. Cuando añada la solución de ácido oxálico, añada los

primeros 8 mL de un jalón y los restantes 5 mL gota a gota, conservando la

temperatura cerca de ebullición. Filtre cualquier sólido por gravedad y añada 20

mL de etanol al 95% al filtrado. Cubra el vaso con un vidrio de reloj y guárdelo en



el laboratorio hasta el próximo periodo. Filtre por succión usando un embudo

Büchner y un matraz Kitazato y lave los cristales verdes con una solución de

etanol acuoso al 50%, luego con acetona y séquelo al aire. Pese el producto y

guárdelo en un vial en la oscuridad. Este complejo es fotosensible y reacciona

con luz de acuerdo a la siguiente reacción:

[Fe(C2O4)3]3- ---> [Fe(C2O4)3]2- + 2CO2

Para demostrar esto, ponga un pequeño espécimen en un vidrio de reloj cerca

de la ventana y observa cualesquiera cambios que ocurran durante la sesión del

laboratorio. Usted debe obtener cerca de 8 g de producto. Calcule el rendimiento

teórico y determine su rendimiento porcentual. Guarde su muestra para análisis.

Consérvelo alejado de la luz cubriéndolo el vial con papel aluminio.

4. Preparación de K3[Al(C2O4)3] . 3H2O

Al + 3KOH + 3H2C2O4 . 2H2O ---> K3[Al(C2O4)3] . 3H2O + 6H2O + 3/2 H2

Ponga 1 g de virutas de aluminio en un vaso de 200 mL y cúbralo con 10

mL de agua caliente. Añada 20 mL de una solución de KOH 6M en pequeñas

porciones para regular la evolución vigorosa de hidrógeno. Finalmente, caliente

el líquido casi hasta ebullición para disolver cualquier residuo metálico.

Mantenga el calentamiento y añada una solución de 13 g de ácido oxálico en

100 mL de agua en pequeñas porciones. Durante la neutralización, la alúmina

hidratada precipitará, pero se re-disolverá al final de la adición después de

ebullición suave. Enfríe la solución en un baño de hielo y añada 50 mL de etanol

al 95%. Si se separa material aceitoso, agite la solución y raspe los lados del

vaso con una varilla de vidrio para inducir la cristalización. Filtre por succión el

producto usando un embudo Büchner y matraz Kitazato y lave con una porción

de 20 mL de etanol acuoso al 50% enfriado en hielo y finalmente con pequeñas

porciones de alcohol absoluto. Seque el producto en aire, péselo, y guárdelo en

un frasco cerrado. Debe obtener cerca de 11 g de producto. Calcule el

rendimiento teórico y determine su rendimiento porcentual. Guarde su muestra

para su análisis.

Preparaciones de Materiales para la Demostración (Estas preparaciones deben

hacerse una semana antes del periodo de laboratorio.)



cis-K[Cr(C2O4)2(H2O)2].2H2O K2Cr2O7 + 7 H2C2O4

. 2 H2O --->

2 K[Cr(C2O4)2(H2O)2].2 H2O + 6 CO2 ↑ + 13 H2O

Por separado muela en un mortero seco 12 g de ácido oxálico dihidratado y 4 g

de dicromato de potasio. Mezcle los polvos tan íntimamente como sea posible

por molienda suave en el mortero. Humedezca un cristalizador grande (10 cm)

con agua y vacíe toda el agua pero no lo seque. Ponga la mezcla molida en

polvo en el cristalizador como un montón; se humedecerá por el agua remanente

en el cristalizador. Cubra el cristalizador con un vidrio de reloj grande y caliéntelo

suavemente en una parrilla. Se producirá pronto una reacción espontánea

vigorosa e irá acompañada por espuma, conforme escapan el vapor y el CO2.

La mezcla se licuará y convertirá en un jarabe de color intenso. Ponga cerca de

20 mL de etanol en el líquido caliente y continúe el calentamiento suave en la

parrilla. Triture (muela o aplaste) el producto con una espátula hasta que se

solidifica. Si no se puede solidificar completamente con una porción de alcohol,

decante el líquido, añada otros 20 mL de alcohol, caliente suavemente, y resuma

la trituración hasta que el producto sea enteramente cristalino y granular. El

rendimiento es esencialmente cuantitativo y produce cerca de 9 g. Este

compuesto es intensamente dicroico, apareciendo en el estado sólido como casi

negro en luz natural difusa y púrpura intenso en luz artificial.

trans-K[Cr(C2O4)2(H2O)2].3H2O Disuelva 12 g de ácido oxálico dihidratado en un mínimo de agua en ebullición

en un vaso de 300 mL (o más grande). Añada a esto en pequeñas porciones una

solución de 4 g de dicromato de potasio en un mínimo de agua caliente y cubra

el vaso con un vidrio de reloj mientras ocurre la reacción violenta. Después de

completarse la reacción, enfríe el contenido del vaso y permita la evaporación

espontánea a la temperatura ambiente hasta que la solución reduzca su

volumen a un tercio del volumen original (esto toma de 36 a 48 horas). Colecte

los cristales depositados por filtración por succión y lave varias veces con agua

fría y alcohol y seque al aire. El rendimiento es alrededor de 6.5 g. El complejo

es color rosado con un tinte violeta y no es dicroico.



PREGUNTAS DE REVISIÓN Antes de comenzar este experimento en el laboratorio, usted debe ser capaz de

responder las siguientes preguntas:

1. Defina los términos ácido de Lewis y base de Lewis.

2. Defina los términos ligando y esfera de coordinación.

3. Defina y dé un ejemplo de un compuesto de coordinación.

4. Defina el término isómero geométrico.

5. Dibuje estructuras para todos los isómeros posibles de los compuestos hexa-

coordinados [Co(NH3)4Cl2] y [Co(NH3)3Cl3].

6. ¿Se encuentran en ambientes equivalentes los átomos de cloro en cada uno

de los compuestos [Co(NH3)4Cl2] y [Co(NH3)3Cl3]?

7. ¿Cuál es el significado de la palabra dicroísmo?

8. ¿Cuál es el significado de la palabra trituración?

9. Buque la preparación de un complejo oxalato de Ni, Mn o Co. Cite su

referencia y diga si esta preparación sería adecuada para añadirla a este

experimento. ¿Por qué o por qué no?

10. Encuentre un método analítico para determinar la cantidad de Fe, Cu, Cr o Al

en su complejo de oxalato. Cite la referencia para el método. ¿Podría hacer

la determinación con los reactivos y equipos disponibles en su laboratorio?

¿Por qué o por qué no?

11. El ácido oxálico se usa para remover herrumbre y corrosión de los

radiadores de automóviles. ¿Cómo piensa que funciona?



Nombre __________________________________________ Equipo _________

Fecha _____________ Instructor de Laboratorio _________________________

HOJA DE REPORTE PARA EXPERIMENTO

PREPARACIÓN Y REACCIONES DE COMPUESTOS DE COORDINACIÓN: COMPLEJOS CON OXALATO. 1. Complejo preparado _____________________________________________

2. Reacción química para su preparación _______________________________

3. Rendimiento teórico del complejo de oxalato (muestre los cálculos):

4. Rendimiento experimental del complejo de oxalato _____________________

5. Rendimiento porcentual del complejo de oxalato (muestre los cálculos):

6. Color y apariencia general del complejo:

7. Describa las reacciones del cis- y trans-K[Cr(C2O4)2(H2O)2] con NH3 y las reacciones inversas con HCl usando reacciones químicas. Escriba cualesquiera observaciones, tales como cambios de color o solubilidades aparentes.

8. ¿Su complejo es soluble en agua? _____ ¿Alcohol? _____ ¿Acetona? _____




CUESTIONARIO

1. El trioxalatocobaltato(III) de sodio trihidratado se prepara por las siguientes

reacciones:

[Co(H2O)6]Cl2 + K2C2O4 . H2O ---> CoC2O4 + 2KCl + 7H2O

2CoC2O4 + 4H2O + H2O2 + 4Na2C2O4 ---> 2Na3[Co(C2O4)3].3H2O + 2 NaOH

¿Cuál es el rendimiento porcentual del Na3[Co(C2O4)3].3H2O si se obtienen

7.6 g a partir de 12.5 g de [Co(H2O)6]Cl2 ?

2. ¿Por qué son coloridos K3[Cr(C2O4)3].3H2O, K2[Cu(C2O4)2].2H2O, y

K3[Fe(C2O4)3].3H2O?, mientras que K3[Al(C2O4)3].3H2O es incoloro?

3. ¿Cuáles son los nombres de los siguientes compuestos?

K3[Cr(C2O4)3].3H2O

K2[Cu(C2O4)2].2H2O

K3[Fe(C2O4)3].3H2O

K3[Al(C2O4)3].3H2O

4. ¿Cuál es el porcentaje de oxalato en cada uno de los siguientes compuestos?

A. K3[Cr(C2O4)3].3H2O

B. K2[Cu(C2O4)2].2H2O

C. K3[Fe(C2O4)3].3H2O

D. K3[Al(C2O4)3].3H2O

REFERENCIAS J. H. Nelson, K. C. Kemp, Laboratory Experiments for Chemistry The Central

Science, Pearson, 2004.

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