grado en química 2º curso manual de laboratorio de

Grado en Química 2º Curso

MANUAL DE LABORATORIO DE QUÍMICA INORGÁNICA I

Curso 2015-16

Manual de laboratorio. Química Inorgánica I. Grado en Química USC

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ÍNDICE

1. NORMAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO 3

2. ÚTILES A TRAER POR EL ALUMNO 4

3. REQUISITOS PARA LA REALIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS EN EL LABORATORIO 4

4. CUADERNO DE LABORATORIO 4

5. EVALUACIÓN 8

6. LIMPIEZA Y SECADO DEL MATERIAL DE VIDRIO DE LABORATORIO 8

7. ELIMINACIÓN DE RESIDUOS EN EL LABORATORIO 12

8. ALGUNAS OPERACIONES BÁSICAS NO DESCRITAS EN EL MANUAL DE LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL 13

• Montajes de reflujo 13

• Cristalización 14

• Lavado de precipitados 16

9. PROGRAMA DE PRÁCTICAS 17

• Práctica 1.- Preparación de la Sal de Mohr. Propiedades ácido-base de las sales amónicas. 18

• Práctica 2.-. Preparación y estudio de las propiedades del peroxoborato sódico. 21

• Práctica 3.- Preparación y estudio de las propiedades del hidrogenocarbonato sódico. 23

• Práctica 4.- Obtención y reactividad de los halógenos y de algunos de sus compuestos. 25

• Práctica 5.- Preparación de nitrato y cloruro de plomo. 28

10. BIBLIOGRAFÍA 31


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1. NORMAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD 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 Instituto de Seguridade e Saúde de Galicia (ISSGA):

Versión en galego:

http://issga.xunta.es/export/sites/default/recursos/descargas/Actividade/GuiaLaboratorioGalegoWeb2014.pdf .

Versión en castellano:

http://issga.xunta.es/export/sites/default/recursos/descargas/Actividade/GuiaLaboratorioCastelanWeb2014.pdf .

Y en la del Servicio de Prevención de Riscos de la USC:

http://www.usc.es/estaticos/servizos/sprl/normalumlab.pdf y https://www.usc.es/gl/servizos/sprl/normas_seguridade.html

(acceso el 28 de julio de 2015)

Es imprescindible consultar esta normativa y leerla con detenimiento antes de entrar en el laboratorio.

OTRAS NORMAS COMPLEMENTARIAS:

Antes de empezar las sesiones de prácticas en el laboratorio

El alumno deberá haber superado un examen previo a la realización de las prácticas.

Antes de abandonar el laboratorio el último día

Hay que dejar bien limpio:

• Todo el material de la mesa.

• La taquilla+fregadero (todo el material limpio y ordenado).

• El puesto de la campana de extracción.

Hasta obtener el visto bueno del profesor.


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2. ÚTILES A TRAER POR EL ALUMNO

• Bata

• Gafas de Seguridad

• Cuaderno de Laboratorio

3. REQUISITOS PARA LA REALIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS EN EL LABORATORIO

Los alumnos deben de hacer una preparación teórica básica antes de realizar el trabajo de laboratorio en cada práctica propuesta. Esa preparación básica consistirá fundamentalmente en leer el guión para conocer el objetivo de la práctica, saber lo que se va a hacer y por qué, y realizar los cálculos necesarios para su desarrollo experimental. Antes de iniciar las sesiones prácticas, los alumnos serán convocados para realizar un ejercicio previo a su realización, donde se evaluará si las tienen suficientemente bien preparadas. El alumno tendrá que superar la prueba previa para poder entrar en el laboratorio. Al finalizar todos los turnos de prácticas, los alumnos serán convocados a una prueba teórico-práctica relacionada con el trabajo realizado en las mismas.

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.

4. CUADERNO DE LABORATORIO

Los investigadores consideran el cuaderno de laboratorio como una de las más valiosas posesiones. El cuaderno de laboratorio resume el trabajo que se ha hecho y los resultados obtenidos. Lo que se intenta es enseñar a llevar un cuaderno de laboratorio que sirva de experiencia para un futuro y como forma de aprovechar mejor el trabajo. Algunos consejos sobre como llevarlo son los siguientes.

1.- El cuaderno de laboratorio sirve para tomar nota de forma inmediata de todas las observaciones experimentales, de forma breve, concisa y clara. No deben de utilizarse hojas sueltas que puedan perderse, sino un cuaderno. Las anotaciones deben de hacerse directamente en el cuaderno, no en sucio para luego pasarlas a limpio. No se deben omitir ni los datos cuantitativos ni los cualitativos.

2.- Al comienzo de cada reacción, apuntar las cantidades usadas de cada reactivo (masa o volumen), su equivalencia en moles y, en su caso, las densidades y concentraciones. Anotar también todos los cálculos realizados.

3.- Esquematizar los procesos químicos que llevan a la preparación de la sustancia final.


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4.- Anotar las características de todo el material usado en el transcurso de la práctica, y dibujar el material especial utilizado (montajes, etc..).

5.- Escribir la versión personal del procedimiento operativo, señalando todas aquellas observaciones que parezcan más interesantes. Intentar interpretar todas las observaciones (no apuntar sólo “aparece un precipitado amarillo” sino añadir “presumiblemente de BaCrO4”) indicando si las interpretaciones son de origen teórico (“las sales alcalinotérreas con aniones como CrO42-, SO42-, son insolubles”) o práctico (“al mezclar dos disoluciones de BaCl2 y Na2CrO4 aparece un precipitado de color amarillo, que sólo puede deberse al BaCrO4 ya que el NaCl es incoloro y soluble”), etc..

6.- Apuntar siempre el color, rendimiento y otras características de los productos sintetizados.

7.- Escribir las contestaciones a las cuestiones planteadas en el guión, tanto las previas como las posteriores a las prácticas. Tomar también nota de las explicaciones dadas por el profesor y, sobre todo, de aquellas advertencias relacionadas con la seguridad.

En estas prácticas debe utilizarse un modelo de diario de laboratorio que recoja todos los apartados del que figura en las dos páginas siguientes.


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Título de la práctica:

Fecha:

Objetivo(s):

Esquema de síntesis (ecuaciones de reacción ajustadas, cantidades utilizadas (pesos/vol.):

Reactivos

Masa molar

Cantidad utilizada (mg, mL)

mmoles utilizados

• Reactivo limitante:

• Rendimiento teórico:

Reactivos utilizados:

• Procedencia y pureza (si son reactivos comerciales, si han sido previamente sintetizados en el laboratorio...) • Propiedades físico-químicas importantes para el desarrollo de la práctica (incluyendo notas de seguridad) • Disoluciones utilizadas (densidades, concentraciones y cálculos previos)


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Control del producto obtenido (Caracterización del producto).Cuando se obtiene un producto en el laboratorio, hay que caracterizarlo, es decir determinar si hemos conseguido obtener el producto deseado con una pureza adecuada. Para ello pueden utilizarse diversas técnicas a disposición del químico sintético. Entre las más importantes se encuentran: análisis elemental, técnicas espectroscópicas o de resonancia (Espectroscopías UV-V e IR, RMN), espectrometría de masas, difracción de rayos X... A falta de ellas (que utilizaréis en prácticas futuras), caracterizaremos los productos obtenidas por su aspecto (color, homogeneidad), y en su caso por el punto de fusión (comparando el valor experimental con el dato bibliográfico).

Discusión de resultados y conclusiones Crítica de los resultados obtenidos, comparando las medidas realizadas con los resultados que previsiblemente deberían obtenerse, y justificando las posibles divergencias observadas.

Procedimiento experimental: • Condiciones de reacción (disolventes, temperatura, tiempo de reacción, modificaciones respecto al

procedimiento descrito en la bibliografía...) • Observaciones (cambios de color, aparición de precipitado, aumento de la temperatura, …) • Esquemas de montajes y otros (secado de disolventes, ...)

• Técnicas de aislamiento y purificación del producto

Bibliografía completa (autores, título, edición, páginas, año de publicación):

1. -

2. –


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5. EVALUACIÓN

Las prácticas de laboratorio constituyen el 20% de la calificación final. Para la evaluación de las prácticas, los aspectos a tener en cuenta serán los siguientes (con porcentajes entre paréntesis):

• Organización y pulcritud del trabajo en el laboratorio (30%).

• Ejecución de la práctica y resultados obtenidos (30%)

• Nota del examen previo a la entrada en el laboratorio (15%).

• Nota del examen final de prácticas (25%).

6. LIMPIEZA Y SECADO DEL MATERIAL DE VIDRIO DE LABORATORIO

El material debe lavarse inmediatamente después de su uso, dado que los depósitos de suciedad suelen ser mucho más difíciles de limpiar cuando se secan, y que es más fácil eliminar una mancha si sabemos de qué es y como tratarla.

El material debe guardarse siempre limpio y seco.

Antes de lavar el material:

• Transferir los residuos sólidos (salvo que sean inocuos y solubles en agua):

o Si son inertes1: a la papelera.

o En caso contrario (residuos peligrosos): al contenedor de RP adecuado.

• Transferir los líquidos o disoluciones al contenedor de residuos adecuado (salvo las disoluciones acuosas de productos inocuos que se pueden verter por el desagüe – haciendo correr el agua–).

• Desmontar las llaves de vidrio y eliminar totalmente la grasa de los esmerilados con un trozo de papel impregnado en hexano o acetona.2

Procedimiento general para lavar el material de vidrio de laboratorio:

(a) Si el material de vidrio está muy poco sucio, puede ser suficiente con enjuagarlo varias veces3 con agua del grifo (para eliminar ácidos, bases, sales solubles) o con un disolvente orgánico volátil como la acetona (para eliminar restos de compuestos orgánicos. En este caso los lavados se desechan en el contenedor de disolvente orgánicos) seguidos de un último lavado con una pequeña cantidad de agua desionizada o destilada.4

1 Los residuos inertes, se definen como aquellos que no experimentan transformaciones físicas, químicas o biológicas significativas. No son solubles, ni combustibles, ni reaccionan física ni químicamente de ninguna otra manera, ni son biodegradables, ni afectan negativamente a otras materias con las cuales entran en contacto de forma que pueda dar lugar a contaminación del medio ambiente o perjudicar la salud humana (de http://www.uclm.es/users/higueras/mga/Tema06/Tema_06_Residuos_1.htm. Acceso el 19/05/2015) 2 Los esmerilados bien limpios de grasa quedan blanco-opacos; los engrasados transparentes. 3 Lo ideal es enjuagar de 3 a 5 veces (con pequeñas porciones si es un disolvente orgánico). 4 Si el recipiente ha quedado bien limpio, el agua debe deslizarse limpiamente por el vidrio al escurrirlo.


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Dejar secar finalmente el material en un escurridor y finalmente, si fuese necesario, en una estufa.

Solamente si se necesita acelerar el tiempo de secado, el material se puede enjuagar con unos pocos mililitros de acetona para lavar y se deja secar al aire unos minutos antes de introducirlo en la estufa. La acetona ayuda a eliminar el agua, ya que ambos líquidos son miscibles, y además se evapora más rápidamente que ésta. Esta acetona no debe desecharse por el desagüe.

Si, después de secarlo, el recipiente queda interiormente manchado de grasa, generalmente por haberlo lavado sin eliminar previamente la del esmerilado, se puede limpiar hirviendo dentro una disolución diluida de carbonato sódico.

(b) Material de vidrio moderadamente sucio.

Lo mejor es utilizar un disolvente en que sean solubles los restos que tengamos.

A veces es suficiente con utilizar agua, detergente y una escobilla.

Sin embargo, cuando el material contiene restos de productos orgánicos, generalmente insolubles en agua, se lava en primer lugar con un disolvente orgánico volátil como la acetona, para disolver el residuo orgánico (si no es soluble en acetona, utilizar otro en que lo sean –como el disolvente utilizado en la síntesis–), y a continuación con un poco de etanol, agua y detergente.

Terminar, como en el caso (a), enjuagando varias veces con agua del grifo seguido de un último lavado con una pequeña cantidad de agua desionizada o destilada.

(c) Material de vidrio muy sucio o con manchas que no salen con los procedimientos anteriormente descritos.

En ocasiones, después de intentos infructuosos de lavado, el material de vidrio contiene restos imposibles de eliminar por los medios de lavado descritos en los anteriores apartados. En estos casos hay que recurrir a otros en función de la naturaleza de aquellos:

Si los restos son de naturaleza orgánica, y no solubles en disolventes como la acetona o el disolvente utilizado en la síntesis, se recomienda emplear medidas más enérgicas (Cuadro),5 teniendo la precaución de protegerse con guantes y gafas de seguridad, ya que las mezclas recomendadas son muy corrosivas y producen quemaduras. Las cuatro últimas mezclas son muy peligrosas por ser extremadamente corrosivas y en algunas condiciones potencialmente explosivas y su uso debe ser lo más restringido posible. Utilizarlas en la secuencia seguida en la numeración de la tabla.

Lo mejor es preparar un volumen grande de disolución en un recipiente de adecuado6 y sumergir las piezas en el baño el tiempo necesario.

Al final terminar el lavado como en el caso (a), enjuagando varias veces con agua del grifo seguido de un último lavado con una pequeña cantidad de agua desionizada o destilada.

5 El material que se introduzca en estos baños debe de estar previamente lavado. 6 Los de polipropileno puede ser adecuados para la mayoría de las mezclas.


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Mezclas corrosivas para el lavado de material de vidrio que presenta restos difícilmente eliminables con un lavado rutinario.7 Utilizar siempre equipo de seguridad (guantes, gafas de seguridad...).

Nº Mezcla Aplicación Observaciones

1 Baño básico:

Disolución de hidróxido potásico/sódico en isopropanol/etanol (≈60-75 g/L)

Se puede añadir algo de agua si no se disuelve todo el hidróxido (máx.: 250mL/L de disolvente)

Elimina la mayor parte de los restos orgánicos.

Dejar el material entre 2-12 h. sumergido en el baño (comprobar que no hay burbujas de aire).

No introducir en este baño placas de vidrio poroso o material volumétrico porque se puede deteriorar8. Los plásticos y gomas no suelen atacarse.

2 Baño ácido (diluido):

Añadir HCl concentrado sobre agua (1:8 v/v)

Tratamiento complementario (posterior) al del baño básico (después de enjuagar con agua)

Sumergir el material en este baño solamente 1-2’

3 Disolución de persulfato amónico:

Disolver 10-20 g de (NH4)2S2O8 en 40 mL de agua y añadir sobre esta disolución con mucho cuidado 1 L de ácido sulfúrico concentrado (98%)

La disolución inicialmente incolora se va coloreando de naranja a medida que se consume el oxidante.

4 Agua regia: mezcla de ácido clorhídrico, ácido nítrico (concentrados) y agua en proporción (v/v) 3:1:1

5 Mezcla crómica: disolver dicromato potásico (5g) en agua (5 mL) y añadir ácido sulfúrico concentrado (100 mL) lentamente y con agitación. Enfriar la mezcla resultante con baño de agua-hielo.

Eliminan cualquier resto existente en el vidrio, pero al ser

mezclas oxidantes y corrosivas, son peligrosas y se

reservan para casos extremos.

Pueden producir explosiones en contacto con

compuestos orgánicos (como la acetona),

sobre todo en caliente.

Introducir el material en el baño durante

10-60’

Muy tóxico

Activo: anaranjado

Gastado: verde-azulado

7 Prelavar el material y enjuagarlo bien con agua del grifo antes de introducirlo en estos baños (para eliminar la mayor parte de la suciedad, y del detergente, que puede dejar un residuo graso en los baños ácidos). 8 Para limpiar las placas de vidrio poroso con manchas resistentes a otros métodos es muy eficaz la mezcla piraña descrita más adelante. Dejar la placa en el baño y después dejar pasar la mezcla a través de la placa.


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Si las manchas rebeldes son de naturaleza inorgánica, utilizar la siguiente secuencia de lavado (después de lavar con agua y jabón):9

• Ácido clorhídrico o sulfúrico diluidos.

• Ácido nítrico diluido.

• Una disolución de hidróxido sódico al 15% en peso.

• Ácido clorhídrico concentrado.

• Ácido nítrico concentrado.

• Alguna de las disoluciones oxidantes de la tabla en el orden: 3-6.

En caso de desconocer la naturaleza de las manchas, debemos seguir una marcha sistemática, que podría ser la siguiente:10

Lavar con agua fría → lavar con agua caliente → lavar con jabón y agua → lavar con acetona → con acido clorhídrico o sulfúrico diluidos.→ con ácido nítrico diluido → lavar con otros disolventes orgánicos → lavar con una disolución de hidróxido sódico al 15% en peso o con el baño básico (1) de la tabla → lavar con ácido clorhídrico concentrado comercial → lavar con ácido nítrico concentrado comercial → lavar con alguna de las disoluciones oxidantes de la tabla en el orden: 3-6.

Otra alternativa/complementaria eficaz para la eliminación de restos orgánicos o inorgánicos consiste en añadir al material de vidrio acetona o alguna de las mezclas anteriormente mencionadas, e introducirlo en un baño de ultrasonidos.

Al lavar el material, no hay que perder de vista los imanes agitadores. Son pequeños y, por un descuido, se pueden caer involuntariamente al desagüe. El material metálico (agujas, espátulas, etc.) y las jeringas deben lavarse inmediatamente después de su uso para evitar la posible corrosión.

Secado del material

Muchas veces, el material debe estar completamente seco antes de proceder a su utilización, y para ello se introduce en una estufa. Aunque el vidrio pueda parecer completamente seco, habitualmente tiene adherida una capa invisible de humedad que tiene que ser eliminada. En muchas ocasiones, la presencia de trazas de agua, acetona u otros disolventes no inertes, puede hacer fracasar una reacción. El secado total de una pieza puede llevar más tiempo del que la gente cree. Para un secado completo el material debe dejarse en la estufa a 125 ºC al menos durante 12 horas. Si la temperatura de la estufa es de 140 ºC, aún se necesitarán 4 horas para un secado completo. Además, puede ser necesario,

9 Enjuagar bien con agua del grifo para eliminar el detergente, que puede dejar un residuo graso al tratarlo con ácidos. 10 Utilizar, de entrada, pequeñas cantidades de los líquidos recomendados y observar si disuelven las manchas. En caso afirmativo, y si es necesario, se puede añadir más cantidad o hacer más lavados. En caso negativo: enjuagar con agua del grifo y pasar al siguiente paso.


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en caso de que se requieran condiciones realmente anhidras, dejar enfriar el montaje en una corriente de nitrógeno seco, o en un desecador de material.

En la estufa NO debe introducirse:

a) Material de teflón, plástico o goma (llaves, tapones, etc).

b) Material sucio (¡seguramente después va a ser más difícil limpiarlo!).

c) Material impregnado con grasa. Se limpiará previamente con un trozo de papel enrollado en unas pinzas impregnado en hexano o acetona.

d) Piezas con esmerilado unidas.

e) Material de vidrio graduado.

f) Material que contenga restos de agua. La humedad de la estufa aumentaría considerablemente y si se ha introducido material que se pretende utilizar en una reacción en condiciones anhidras, dicha humedad podría arruinar el experimento.

7. ELIMINACIÓN DE RESIDUOS EN EL LABORATORIO.

La Facultad, conjuntamente con la Unidad de Gestión de Residuos Peligrosos de la USC, tiene un plan de recogida de los residuos que no deben ser vertidos al alcantarillado o depositarse en las papeleras.

El material de cristal roto se tirará en los recipientes destinados especialmente a este fin. Los papeles y otros desperdicios se tirarán en la papelera.

Los productos químicos tóxicos se tirarán en contenedores especiales para este fin. En ningún caso se tirarán productos químicos o disoluciones, salvo que sean inertes, a los desagües del laboratorio. Especialmente prohibido está tirar por el desagüe materiales sólidos insolubles, que puedan atascarlos, productos que reaccionen con el agua (sodio, hidruros, amiduros, halogenuros de ácido), o que sean inflamables (disolventes), o que huelan mal (derivados de azufre), o que sean lacrimógenos (halogenuros de bencilo, halocetonas), o productos que sean difícilmente biodegradables (polihalogenados: cloroformo).

Las sustancias líquidas o las disoluciones que puedan verterse al fregadero, se diluirán previamente, sobretodo si se trata de ácidos y de bases.

Tabla resumen de eliminación de residuos de laboratorio.

• Material de vidrio roto:

Después de lavarlo/enjuagarlo, se desecha en el recipiente destinado a este fin.

• Residuos inocuos (no peligrosos) solubles en agua:

Se desechan por el vertedero con abundante agua.

• Residuos inertes insolubles (incluyendo papeles “limpios”):

Papelera. En ningún caso se tiran por el desagüe.

• Residuos peligrosos (corrosivos, tóxicos, inflamables, comburentes, que reaccionen con el agua, malolientes...):

Cada uno a su contenedor de residuos.


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Contenedores de residuos en el laboratorio de prácticas de Química Inorgánica

• RESIDUO DE LABORATORIO EN PEQUEÑOS ENVASES. • DISOLVENTE HALOGENADO • DISOLVENTE NO HALOGENADO • DISOLUCIONES INORGÁNICAS ALCALINAS • DISOLUCIONES INORGÁNICAS ÁCIDAS • DISOLUCIONES CON METALES PESADOS • DISOLUCIONES ACUOSAS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

8. 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.11

Con 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.

11 Figura extraída del libro de Martínez Grau, Mª Á. Y Csákÿ, A. G., Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. Síntesis, Madrid, 2001.


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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.

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Advertencia: No llenar nunca un balón que se está calentando más de las ¾ partes de su capacidad.

La cristalización como método de purificación de sólidos

Cuando queremos separar un sólido, disuelto en una disolución, podemos conseguirlo básicamente recurriendo a tres procedimientos:

• Enfriamiento de la disolución.

• Evaporación del disolvente.

• Adición de un 2º disolvente (miscible con el de la disolución y en el que el soluto sea poco soluble).

Si el sólido que precipita lo hace en determinadas circunstancias, se obtienen cristales de esa sustancia. Un cristal es un sólido cuyos átomos y moléculas están regular y repetidamente distribuidos en el espacio. 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

12 Figura extraída del libro de Harwood, L.M., Moody C. J. y Percy J. M.: Experimental Organic Chemistry, Blackwell Science Ltd, Oxford, 2ª edición, 1999.


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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 impurezas− de la que por tanto no van a precipitar).

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.

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


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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.

Lavado de precipitados

Muchas veces obtenemos un producto sólido que se forma en el seno de una disolución en el transcurso de una reacción. ¿Por qué casi siempre se lava ese precipitado separado por filtración de sus aguas madres? La razón es que ese sólido aislado casi siempre está impurificado. ¿Con qué?: con la disolución que lo empapa. Al secarlo, eliminamos el disolvente, (tarea casi siempre sencilla porque suelen ser volátiles), pero no eliminamos sustancias no volátiles, como sales, que puedan tener disueltas.13 Al lavar el precipitado con un disolvente puro, eliminamos la disolución, y con ella las impurezas. Lo ideal es utilizar un disolvente en el que las impurezas sean solubles y el precipitado (nuestro producto) no lo sea. Si es algo soluble, tendremos que utilizar la menor cantidad posible de disolvente frío. Además, a veces es conveniente que sea lo más volátil posible. Muchas veces se utiliza más de un disolvente.

13 Un ejemplo: si mezclamos una disolución de cloruro sódico con una de nitrato de plata, precipita inmediatamente un producto muy insoluble, el cloruro de plata. Si lo filtramos, la disolución que lo empapa contiene nitrato sódico disuelto, que no es volátil, de manera que si no lavamos el precipitado, al evaporarse el disolvente precipita impurificando nuestro producto.


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9. PROGRAMA DE PRÁCTICAS

Práctica 1.- Preparación de la Sal de Mohr. Propiedades ácido-base de las sales amónicas. 18

Práctica 2.-. Preparación y estudio de las propiedades del peroxoborato sódico 21

Práctica 3.- Preparación y estudio de las propiedades del hidrogenocarbonato sódico. 23

Práctica 4.- Obtención y reactividad de los halógenos y de algunos de sus compuestos. 25

Práctica 5.- Preparación de nitrato y cloruro de plomo. 28


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Práctica nº 1: SAL DE MOHR. PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LAS SALES AMÓNICAS

OBJETIVOS

• Obtener hidrógeno en el laboratorio

• 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 de fórmula Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A) En un matraz Erlenmeyer de 100 mL se introducen 2,0 g de hierro (alambre cortado o en virutas), y se añade la cantidad estequiométrica de ácido sulfúrico diluido al 20% en peso. Se calienta en baño de agua, agitando, hasta que las limaduras hayan reaccionado totalmente. Durante el calentamiento el volumen de disolución debe mantenerse más o menos constante para lo que se adicionará agua caliente cuando sea necesario14. Una vez que cesa el desprendimiento de hidrógeno la disolución se filtra en caliente, por gravedad en papel de filtro, y se lleva a un cristalizador, al que se ha añadido un clavo de hierro limpio (para evitar la oxidación del hierro(II) que se ha formado).

B) Cuando la reacción del apartado A esté a punto de finalizar, se prepara una disolución de sulfato de amonio por neutralización de disoluciones acuosas que contengan las cantidades estequiométricas (de acuerdo con la cantidad de hierro empleada) de ácido sulfúrico al 40% y de amoníaco al 25% en peso.

Esta disolución y la anterior de sulfato ferroso se mezclan en caliente, agitando, y se deja cristalizar. Los cristales formados se filtran, se lavan con una pequeña cantidad de agua fría, se secan y se pesan para calcular el rendimiento.

Indicaciones de seguridad.

• El ácido sulfúrico concentrado es un producto peligroso muy corrosivo.

• Las disoluciones acuosas concentradas de amoníaco son muy corrosivas y pueden irritar las vías respiratorias, además de ser muy tóxicas para los organismos acuáticos.

Consulta las “Fichas de datos de Seguridad” de estos productos en el laboratorio.

También puedes consultar las fichas de datos de seguridad de cualquier producto químico accediendo a las páginas del servicio de asistencia de las casas comerciales, como por ejemplo de Sigma-Aldrich:

14 Para evitar la rápida evaporación del agua se puede poner, en la boca del matraz de reacción, un embudo (ver figura en página 15)


19

• http://www.sigmaaldrich.com/safety-center.html (acceso el 28 de julio de 2015)

MATERIAL

2 matraces Erlenmeyer de 100 mL

vaso de precipitados de 250 mL

cristalizador grande (≈ 115 mm de ø)

probeta de 10 mL

barra agitadora

Embudo de vidrio

agitador magnético con calefacción

REACTIVOS

hierro

ácido sulfúrico concentrado

amoníaco concentrado.

PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LAS SALES AMÓNICAS

Esta práctica se llevará a cabo mientras se disuelve el hierro en la práctica anterior.

OBJETIVOS

• Comprender, con ayuda de un par de experimentos sencillos, las especies presentes en disolución al añadir cloruro amónico al agua.

• Realizar una demostración práctica del principio de Le Châtelier.

INTRODUCCIÓN

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.


En un tubo de ensayo se añaden, a dos mL de agua dos gotas del indicador rojo de metilo.15 A continuación se añade la cantidad necesaria de cloruro amónico hasta obtener una disolución aproximadamente 5 M.16 Anotar los cambios observados. ¿Huele a algo la disolución?

Añadir a la disolución anterior unas gotas de una disolución concentrada de hidróxido de sodio y agitar unos segundos, con el tubo de ensayo tapado. Inmediatamente después: ¿Huele a algo la disolución? Introduce en el tubo de ensayo, un par de centímetros, una varilla de vidrio humedecida con ácido clorhídrico concentrado. Sácala ahora del tubo. Anota en tu diario todo lo que se ha producido.

15 En este momento la disolución debe tener color amarillo. Si se mide el agua con la probeta que se ha utilizado para el sulfúrico concentrado en la 1ª parte de la práctica, ¡asegurarse de que está muy bien enjuagada!, porque en caso contrario ese agua va a tener un pH de partida que puede ser muy ácido, coloreándose de rojo al añadir el indicador, falseando el resultado del experimento. 16 Solubilidad del cloruro amónico: 55 g/100 g de agua (a 20 °C)

Colores e intervalo de pH de viraje del indicador rojo de metilo:


20

MATERIAL

Probeta de 10 mL

Gradilla con tubos de ensayo

REACTIVOS

Cloruro amónico

Disolución de hidróxido de sodio 5 M.

Disolución de rojo de metilo (debe tener color amarillo-naranja, NO rojizo. Parece estropearse con el tiempo)

Cuestiones previas

• Escribe las reacciones completas y ajustadas mediante las cuales se obtiene la Sal de Mohr. ¿Qué tipo de reacciones son?

• Haz los cálculos estequiométricos para preparar las disoluciones diluidas de ácido sulfúrico al 40% (densidad: 1,30 g/mL) y al 20% (d= 1,14 g/mL) necesarias para la práctica a partir de la disolución concentrada comercial (95%, d= 1,83 g/mL)

Cuestiones finales.

• Calcula el rendimiento de la reacción de obtención de la sal de Mohr.

• Enumera y describe, con ayuda de los equilibrios químicos correspondientes, todas las especies químicas presentes en una disolución acuosa de cloruro amónico. ¿Qué especies serán mayoritarias y cuáles minoritarias? ¿Por qué?

• ¿Qué cambios has observado en la disolución de cloruro amónico y rojo de metilo en agua al añadir la disolución de hidróxido de sodio? ¿Qué ha ocurrido cuando introduces la varilla humedecida con ácido clorhídrico? Interpreta, con ayuda de los equilibrios químicos del apartado anterior, las razones físico-químicas que expliquen ese hecho experimental.


21

Práctica nº 2: PREPARACIÓN Y ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DEL PEROXOBORATO SÓDICO

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


a) Obtención

Se disuelven, en 25 mL de agua destilada, 3,5 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 muy pequeña cantidad17 (el peroxoborato sódico es muy soluble en agua), después con 10 mL de etanol 95%18 (añadir en porciones) y, finalmente, con 7 mL de éter etílico (añadir en porciones). Se deja secar al aire (o en estufa a 40 °C)19 y se pesa.

b) Caracterización del producto obtenido por comprobación de su capacidad redox

Se comprobará la capacidad redox del peroxoborato sódico equiparándola con la del peróxido de hidrógeno.

Disoluciones de partida:

17 Extender antes de lavar el precipitado en el filtro, para poder enjuagarlo mejor. 18 Separar el agua de lavado del etanol y el éter para poder depositar estos dos últimos en el recipiente de residuos. 19 Para que la pesada sea correcta y el producto esté puro, habría que esperar a pesar hasta el día siguiente: un precipitado puede tardar varias horas en secar al aire, sobre todo si es muy fino y “almacena” una gran cantidad de disolvente.


22

• Peroxoborato sódico: 6 mL de disolución saturada. Filtrar cualquier sólido no disuelto antes de usar la disolución para las pruebas (Disolución A)

• Peróxido de hidrógeno: 6 mL de disolución al 30% en peso (comercial. Disolución B)

Dividir cada una de las disoluciones de partida en dos tubos de ensayo (4 tubos: dos de disolución A y dos de disolución B).

Acidificar cada uno de los cuatro tubos de ensayo con 1 mL de ácido sulfúrico 3 M y homogeneizar bien el contenido (agitando o removiendo la disolución con una varilla de vidrio).

Pruebas (anotar las observaciones que tengan lugar):

1. Añadir a dos de los tubos (uno de disolución A y otro de B), dos gotas de una disolución muy diluida de permanganato potásico. Agitar bien hasta homogeneización de la disolución resultante.

2. Añadir a los otros dos tubos dos gotas de una disolución de ioduro potásico. Agitar bien hasta homogeneización de la disolución resultante. A continuación, añadir 1,5 mL de diclorometano a cada uno de los dos tubos y agitar enérgicamente el contenido. Dejar reposar.

MATERIAL 3 Vidrios de reloj Probeta de 50 mL Probeta de 25 mL Probeta de 10 mL Vaso de 250 mL Vaso de 100 mL 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 0,010 M Etanol Éter etílico Diclorometano

Cuestiones previas

• Haz los cálculos necesarios e indica como preparar 15 mL de disolución de hidróxido sódico al 22% en peso.

• Calcular qué volumen de la disolución anterior es necesario para reaccionar con 7 gramos de bórax.

• Calcular el volumen necesario de agua oxigenada al 30% en peso a utilizar en la reacción anterior.

Cuestiones finales.

• Calcula el rendimiento de la reacción.

• Completa y ajusta las reacciones de la parte b de la práctica (solamente las del peróxido de hidrógeno)


23

Práctica nº 3: PREPARACIÓN Y ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DEL HIDROGENOCARBONATO SÓDICO

OBJETIVOS

• Conseguir la preparación de un compuesto aprovechando su menor solubilidad.

• Estudiar algunas 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.


Se disuelven a temperatura ambiente 8 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 un 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 pequeñas porciones de agua fría y después con 10 mL de éter etílico (añadir en porciones). Se deja secar al aire (o en una estufa a 40 °C) y se pesa.20,21

Estudio de algunas propiedades químicas de las sales del ácido carbónico.

- a) Preparar 2 mL de una disolución saturada de hidrogenocarbonato sódico en un tubo de ensayo. Añadirle una gota de fenolftaleína. Medir el pH, anotar los cambios observados y justificarlos.

- b) Tomar otros dos tubos de ensayo y en cada uno de ellos añadir unos 0,2 g de hidrogenocarbonato sódico finamente pulverizado y 2 mL de agua (después de agitar bien, debe quedar una suspensión. En caso contrario, añadir algo más de hidrogenocarbonato).

Añadir al primer tubo de ensayo, gota a gota y agitando, ácido clorhídrico 3,5 M hasta que cese la reacción; y al segundo, 0,75 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 uno de los pasos y explicar los procesos que los han provocado.

20 Por encima de 70 °C el bicarbonato sódico se descompone gradualmente en carbonato sódico, agua y dióxido de carbono. La conversión es rápida a 200 °C (Rayner, 2ª Ed., pág. 266). 21 Como dijimos en la práctica nº 2, pág. un precipitado puede tardar varias horas en secar al aire, sobre todo si es muy fino y “almacena” una gran cantidad de disolvente.


24

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


REACTIVOS

Cloruro sódico

Amoníaco concentrado

Carbonato cálcico

Disoluciones acuosas de:

• Ácido clorhídrico 3,5 M

• Cloruro cálcico 1,0 M

• Hidróxido sódico 5 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”: 31 Ca(HCO3)2: 17 CaCO3: 0,002

Cuestiones previas

• ¿Cómo se preparan 40 mL de disolución de amoníaco 8M a partir de amoníaco comercial? (25% en peso ; d = 0,901 g/mL)

• Escribir la reacción completa y ajustada correspondiente a este proceso de síntesis. ¿Cuál es el reactivo limitante?

Cuestiones finales.

• Calcular el rendimiento de la síntesis.

• Escribir todas las reacciones, ajustadas, correspondientes a las pruebas realizadas en los apartados a) y b) de la segunda parte de la práctica y justificar los cambios observados.


25

Práctica nº 4: OBTENCIÓN Y REACTIVIDAD DE LOS HALÓGENOS Y DE ALGUNOS DE SUS COMPUESTOS.

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. Sus oxoácidos y oxosales son también oxidantes fuertes.


Todas las reacciones deben hacerse en vitrina, por el desprendimiento de gases tóxicos.

1. -OBTENCION DE LOS HALOGENOS

a) Obtención de cloro:

• Añada a una disolución muy diluida de permanganato potásico22 ácido clorhídrico concentrado (gota a gota y agitando). Observe los cambios que se producen y anótelos en el cuaderno de laboratorio.

• Poner una punta de espátula de permanganato potásico en un tubo de ensayo (≈0,1 g) y adicionar ≈0,45 mL (9 gotas) de ácido clorhídrico concentrado. Agite y coloque enseguida una pequeña tira de papel de pH humedecido en la boca del tubo (doblado en forma de U en la boca del tubo). Observe, después de un rato, los cambios que se producen y anótelos en el cuaderno de laboratorio.

b) Obtención de bromo: Poner aproximadamente 0,2 g de bromuro potásico y 0,2 g de dióxido de manganeso23 en un tubo de ensayo y mezclarlos bien. Adicionar 0,3 mL de ácido sulfúrico concentrado y calentar suavemente. Observe los cambios que se producen y anótelos en el cuaderno de laboratorio.24

2.-REACCIONES DE LOS HALOGENOS

a) Para hacer por el profesor: Añadir (con unas pinzas) un trocito de papel de aluminio a un tubo de ensayo que contiene 0,4 mL de bromo y observar la reacción que se produce.

b) Reacciones de desplazamiento de los halógenos: vierta aproximadamente 2 mL de una disolución 0,040 M de cloruro sódico en un tubo de ensayo. Repita la misma operación en otros dos tubos de ensayo con disoluciones de bromuro y de ioduro potásico de la misma concentración. Adicione a cada uno de los tres

22 Ha de verse en el tubo de ensayo, patente, el color violeta de estas disoluciones, pero transparente (disuelve “un cristalito” de permanganato potásico en 1 mL de agua). 23 Aproximadamente dos “puntas de espátula” de cada. 24 Por el mismo procedimiento podría obtenerse yodo a partir de un yoduro.


26

tubos 2 mL de agua de cloro recientemente preparada25 y observe los cambios que se producen en dos de los tubos. Adicione ahora 2 mL de diclorometano en cada tubo, tápelos, agítelos bien y deje que reposen un rato. Observe los cambios que se producen, en dos de ellos, en la fase orgánica.

3.-REACCIONES DE LOS HALUROS

a) 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 y añadir al precipitado 1 mL de una disolución de amoníaco concentrado. Agitar bien el tubo hasta que es produzca un cambio patente. Anotar en el cuaderno de laboratorio los cambios observados.

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 saturada de clorato potásico con 3 mL de ácido sulfúrico 1 M (¡Utilizar ácido sulfúrico diluido, nunca concentrado, que podría dar lugar a una peligrosa reacción explosiva!) y añadir sobre ésta 2 mL de una disolución saturada de sal de Mohr (Un sulfato doble de hierro(II) y amonio).26 Calentar suavemente durante algunos segundos, enfriar, anotar y justificar los cambios observados. Añadir ahora a la disolución anterior, agitando, unas gotas de una disolución de hidróxido sódico 2 M hasta que se produzca un cambio. Anote y justifique los cambios observados.

b) Para hacer por el profesor: En un tubo de ensayo limpio y seco añadir unos 0,5 g de clorato potásico y calentarlo con un mechero de alcohol con cuidado justo hasta que se funda (p.f.: ~356 ºC. −a 400 ºC se descompone−). Añadir con unas pinzas, con cuidado y apartándose rápidamente, un osito de goma al tubo de ensayo y observar la reacción que se produce.

Tratamiento de los residuos obtenidos en esta práctica.

Los halógenos y muchos de sus compuestos son muy tóxicos. Vamos a tratar los residuos de manera que se transformen en residuos inertes que podamos eliminar por el desagüe.

Residuos del apartado 1: Trata estos residuos añadiendo, poco a poco en una vitrina, una disolución de sulfito sódico, removiendo y agitando hasta obtener una disolución casi incolora. En ese momento, neutraliza la disolución con cuidado con una disolución de hidróxido sódico.

Residuos del apartado 2: Añade al tubo de ensayo con cuidado unos mililitros de una disolución diluida de hidróxido sódico hasta pH básico. Añade ahora a la disolución resultante algo de sulfito sódico. Neutraliza con ácido clorhídrico.

25 El “agua de cloro” es una disolución saturada de cloro en agua. En condiciones normales y a 20 °C, esa disolución saturada es aproximadamente 0,092 M. 26 Tiene que tener un color verde claro transparente. Si está turbia y/o es de color anaranjado, está “estropeada”.


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Residuos del apartado 3: Neutraliza la disolución del tubo de ensayo con ácido clorhídrico. Filtra el precipitado que se forma y deséchalo en el contenedor de residuos sólidos.

Residuos del apartado 4: Filtra el precipitado obtenido y deséchalo en el contenedor de residuos sólidos. Añade una pequeña cantidad de sulfito sódico a la disolución resultante y elimínala por el desagüe con mucha agua.

MATERIAL


1 Vaso de precipitados de 100 mL

Varilla de vidrio

Probeta de 10 mL

Pinzas de madera

Mechero de alcohol

REACTIVOS

Cloruro sódico

Óxido de manganeso(IV)

Ácido sulfúrico concentrado

Ácido sulfúrico diluido (1 M)

Permanganato potásico

Ácido clorhídrico concentrado

Bromuro potásico

Ioduro potásico

Yodo

Diclorometano

Amoníaco concentrado

Nitrato de plata

Clorato potásico

Disolución saturada de sal de Mohr

Cuestiones finales.

Completa y ajusta las reacciones que has realizado en esta práctica.


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Práctica nº 5: PREPARACIÓN DE NITRATO Y CLORURO DE PLOMO.

OBJETIVOS

• Comprobar el poder oxidante de un oxoácido oxidante (en este caso el nítrico).

• Hacer una reacción con un montaje de reflujo.

PARTE 1: PREPARACIÓN DE NITRATO DE PLOMO

INTRODUCCIÓN

El Pb(NO3)2 junto con el Pb(ClO4)2·3H2O y el Pb(CH3COO)2·3H2O, son los únicos compuestos de Pb(II) considerablemente solubles en agua a temperatura ambiente, y permiten conocer la química catiónica del Pb(II). Los carbonatos, sulfatos y cromatos de plomo son insolubles, e incluso los haluros PbCl2 y PbF2 son sólo ligeramente solubles. Por este motivo, siempre que se filtren compuestos solubles de plomo hay que cuidar que los recipientes en donde se recojan los filtrados estén exentos de iones, como CO32-, SO42- , Cl-, etc., con los que se pueden formar precipitados y, en todo caso, de observar turbidez en el líquido filtrado, procede enjuagar con él el vaso receptor y volver a filtrar hasta obtener líquidos claros. El Pb(NO3)2 cristaliza en octaedros regulares, es soluble en agua e insoluble en alcohol y se conserva inalterado expuesto al aire, pero se descompone al calentarlo. Peligrosidad: Ver etiquetado y consultar fichas de seguridad: Todos los compuestos de plomo son altamente venenosos por todas las vías, incluyendo el contacto con la piel. Por tanto, su manejo ha de ser especialmente cuidadoso para evitar sus efectos adversos, que en ocasiones no se manifiestan de forma inmediata, pero sí tras un período de tiempo. Extrema las precauciones y cuida también la naturaleza no tirando por la pila los residuos que pueden contener plomo.


En un matraz de fondo redondo de 100 mL provisto de refrigerante de reflujo, se colocan 5 g de plomo en granalla y sobre ello se añaden 33 mL de una disolución 4,4 M de HNO3. Se calienta en baño de arena a reflujo (evitar la concentración de la disolución, pues entonces el producto formado precipita sobre el metal y cesa el ataque) hasta la completa disolución del plomo. Concluido el ataque del plomo se filtra en un embudo de placa de vidrio lavando con las primeras porciones del filtrado el vaso donde se recoge y volviéndolas de nuevo al filtro (así se eliminan los aniones comunes carbonato, haluro o sulfato que pudieran contaminar el recipiente). El líquido filtrado se concentra en una cápsula, a temperatura controlada, en baño de arena hasta su cristalización.

Parte 2: Preparación de cloruro de plomo

INTRODUCCIÓN

El PbCl2 es un compuesto cristalino, y es un ejemplo de la creciente estabilidad del estado de oxidación divalente conforme se desciende en el grupo debido al


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llamado "efecto del par inerte". La mayoría de las sales de plomo son poco solubles en agua. La preparación del PbCl2 se basa en la pequeña solubilidad en frío de este compuesto. Lo obtenemos a partir de una sal soluble, el Pb(NO3)2, obtenido anteriormente y el HCl, mediante una reacción de desplazamiento. La precipitación tiene lugar a baja temperatura porque el cloruro de plomo es moderadamente soluble a temperatura ambiente. El PbCl2 cristaliza anhidro. PF = 501°C.

Datos de solubilidad en H2O (mg/cm3): 0°C → 6,7; 20°C → 11; 100°C → 32.


En un vaso de 100 mL se disuelven 2 g de Pb(NO3)2 en la mínima cantidad de agua (disolución saturada). Se enfría exteriormente el vaso con una mezcla frigorífica de hielo-sal, y sobre la disolución se añade la cantidad estequiométrica de ácido clorhídrico concentrado. Inmediatamente se forma un precipitado blanco de PbCl2, que se filtra y se lava varias veces con agua a 0°C, hasta que el líquido de lavado que pasa el filtro tenga reacción neutra, y finalmente con un par de mL de etanol.

MATERIAL

Balón de 100 mL

Vaso de precipitados de 100 mL

Probeta de 25 mL

Refrigerante de reflujo

2 Vidrios de reloj

1 Placa filtrante

Büchner + Kitasato + Cono de goma

Placa calefactora

Baño de arena

REACTIVOS

Plomo

Ácido nítrico concentrado

Ácido clorhídrico concentrado.

Cuestiones previas

• Escribe la reacción completa y ajustada correspondiente a los procesos de síntesis del nitrato y cloruro de plomo. ¿Cuáles son, si los hay, los reactivos limitantes?

• ¿Cómo se preparan los 33 mL de la disolución 4,4 M de HNO3 a partir del ácido concentrado comercial? (60% en peso ; d = 1,38 g/mL)

• Los reactivos o productos de reacción utilizados en esta síntesis, ¿tienen alguna característica de peligrosidad? ¿Cuáles?

Cuestiones finales.

• Calcula el rendimiento de las síntesis.

• ¿Para qué se utiliza el montaje de reflujo en la síntesis del nitrato de plomo?

• Las sales solubles de plomo son altamente tóxicas. Actúan formando complejos con los átomos de oxígeno de los enzimas y afectan entre otros a


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los procesos de la síntesis heme y al metabolismo de la porfirina. Asimismo, aunque menos intensamente que Cd(II) y Hg(II), el Pb(II) inhibe también los enzimas que contienen grupo SH. Los líquidos que pueden contener sales solubles de Pb(II) no deben ser tirados por la pileta sin antes insolubilizar el Pb(II). Propón reactivos que permitan realizar este proceso y justifica la elección del más idóneo, para precipitar el plomo.


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10. BIBLIOGRAFÍA

Manual de Seguridad en el Laboratorio del Instituto de Seguridade e Saúde de Galicia (ISSGA):

Versión en galego:

• http://issga.xunta.es/export/sites/default/recursos/descargas/Actividade/GuiaLaboratorioGalegoWeb2014.pdf .

Versión en castellano:

• http://issga.xunta.es/export/sites/default/recursos/descargas/Actividade/GuiaLaboratorioCastelanWeb2014.pdf .


Página Web del Servicio de Prevención de Riscos de la USC:

http://www.usc.es/estaticos/servizos/sprl/normalumlab.pdf y https://www.usc.es/gl/servizos/sprl/normas_seguridade.html


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 ejemplo de Sigma-Aldrich:

• http://www.sigmaaldrich.com/safety-center.html (acceso el 28 de julio de 2015)

- 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. Síntesis, Madrid, 2001.


32

- Riesenfeld, E.H.; Prácticas de Química Inorgánica, 14ª ed.; Labor, 1943

- Schlessinger, G.G.; Preparación de Compuestos Inorgánicos en el Laboratorio; Continental, 1965

- Woolins, J.D.; Inorganic Experiments, 2nd ed.; Wiley, 2003

grado en química 2º curso manual de laboratorio de

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