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MANUAL DE LABORATORIO I DE QUMICA INORGNICA

Vernica Garca Rojas ESCUELA DE QUMICA FACULTAD DE CIENCIAS UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

MANUAL DE PRCTICAS DE LABORATORIO I DE QUMICA

INORGNICA

Cdigo: MFOQ-IO.01 Versin: 03

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PPRRCCTTIICCAASS DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOO II DDEE QQUUMMIICCAA IINNOORRGGNNIICCAA

VERNICA GARCA ROJAS

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE QUMICA

2015


INORGNICA


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CONTENIDO

Introduccin general.

Seguridad en el laboratorio.

Prctica 1. Identificacin y caracterizacin preliminar de una roca (muestra problema).

Prctica 2. Digestin cida de una muestra problema.

Prctica 3. Anlisis elemental de la muestra problema por absorcin atmica.

Prctica 4. Sntesis de derivado del metal ms abundante en la muestra problema.

Prctica 5. Sntesis de una espinela de hierro-cobre y produccin cataltica de oxgeno.

Prctica 6. Slidos termocrmicos: Cu2HgI4 y Ag2HgI4.

Prctica 7. Superconductor de alta temperatura, YBa2Cu3O7-x.

Prctica 8. Preparacin de una zeolita tipo A.


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INTRODUCCIN GENERAL

Este curso se ha planteado para introducir al estudiante de pregrado en Qumica a las tcnicas

aplicadas de la Qumica Inorgnica fundamental, por medio de la preparacin y caracterizacin de

compuestos inorgnicos empleando las tcnicas analticas disponibles. Esto requiere una

identificacin de los cuidados que implican la correcta manipulacin de los reactivos, lo cual ser

brevemente introducido en este manual.

Es importante resaltar que la orientacin que se le ha dado al curso, se enfoca en la activacin de

procesos cognitivos que permitan promover la iniciativa del alumno hacia la investigacin. El

objetivo entonces de estas actividades prcticas, favorece el desarrollo y la evaluacin de

competencias transversales como la capacidad de anlisis y sntesis, la habilidad de resolver

problemas experimentales de forma lgica y la obtencin de destrezas en la identificacin de errores

en un procedimiento.

El Laboratorio de Qumica Inorgnica I consta de dos partes. En la primera, el estudiante desarrolla

un proyecto, en el cual recibe una roca (muestra problema), que contiene entre otros, un elemento

representativo. La roca puede contener minerales del tipo: Halita (Na), feldespato (Na, K), dolomita

(Mg, Cu), calcita o caliza (Ca), barita (Ba), bauxita (Al), arenas silcicas (Si), galena (Pb), roca

fosfrica (P), arsenopirita (As), estibina (Sb), pirita (Fe), fluorita (F), entre otros.

El proyecto comienza con la inspeccin e identificacin morfolgica de la roca en cuestin. El

estudiante puede asesorarse del Laboratorio de Mineraloga de la Universidad Industrial de

Santander y presentar en el primer informe, una descripcin de la roca, ayudado por las fuentes

bibliogrficas que consulte. Adems hablar en particular del elemento representativo mayoritario

dentro de la muestra. Sealando el estado natural y las propiedades fisicoqumicas del elemento.


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En la siguiente etapa, el estudiante debe realizar un anlisis cualitativo completo de las fases

cristalinas de la muestra suministrada, empleando la herramienta de difraccin de rayos X para la

caracterizacin del material, as como el anlisis de composicin elemental por fluorescencia de

rayos X.

Una vez completado el anlisis cualitativo y realizada la revisin bibliogrfica, se debe hacer una

evaluacin cuantitativa de los metales presentes en la muestra, empleando la tcnica de absorcin

atmica. Al terminar esta etapa debe entregarse un informe sobre los aspectos analticos y la

discusin de los resultados obtenidos, respaldados por referencias destacadas (libros y revistas

cientficas).

Despus del anlisis elemental, el estudiante busca un mtodo para separar el elemento ms

abundante de la muestra y despus de discutir con el profesor, poner en prctica una metodologa

adecuada.

En la ltima fase del proyecto se prepar un compuesto derivado del elemento separado, ya sea tipo

inico o covalente. Es deseable que se haga una innovacin a las preparaciones reportadas en los

textos comunes o desarrollar un protocolo, sugerido por ejemplo, de alguna publicacin reciente de

la literatura especializada (artculo cientfico).

La preaparacin del compuesto debe acompaarse de una o varias pruebas de caracterizacin que

confirmen la obtencin del material deseado. Debe presentarse un informe sobre la sntesis y

caracterizacin de dicho derivado.

La segunda parte del curso, prcticas 5-8, esta dedicada a la obtencin de diferentes materiales con

propiedades especficas. Su propsito es poner en evidencia algunas interesantes relaciones

estructura-reactividad en el rea de la Qumica Inorgnica.


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Bibliografa

En la actualidad existe un gran nmero de libros de prcticas de Qumica Inorgnica y no es nuestra

intencin dar aqu una completa relacin de ellos. nicamente se mencionan los ms utilizados en

la elaboracin de este manual:

D.M. Adams, J.B. Raynor, Qumica Inorgnica Prctica Avanzada, Revert, Barcelona, 1966.

R.E. Dodd, P.L Robinson, Qumica Inorgnica Experimental, Revert, Barcelona, 1981.

G.G. Schlessinger, Preparacin de Compuestos Inorgnicos en el Laboratorio, Continental,

Mxico D.F., 1986.

J.M. Coronas, J. Casab, Reacciones Sistemticas en Qumica Inorgnica, Universitat de

Barcelona, 1984.

J.M. Ramrez, G. Salsedo, Qumica Analtica Cualitativa, Universidad Industrial de Santander,

Bucaramanga, 1961.

H. Danna, Manual de Mineraloga, Revert, Barcelona, 1960.

G. Pass, H. Sutcliffe, Practical Inorganic Chemistry, Chapman and Hall, London, 1974.


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SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

Implementos de proteccin y seguridad en el laboratorio

Para minimizar el riesgo de accidentes durante la realizacin de las siguientes prcticas

experimentales, se debe cumplir con los elementos mnimos de seguridad que describe el Manual

1: Introduccin a las Prcticas de Laboratorio del Programa de Pregrado en Qumica de la UIS.

Resaltando que es obligatorio el uso de los siguientes implementos:

Como los productos y equipos utilizados en este curso pueden ser peligrosos si se manipulan

incorrectamente, es muy importante que el estudiante este completamente familiarizado con el

experimento antes de realizarlo. Esto incluye el conocimiento de la toxicidad y reactividad de los

productos qumicos que debern ser consultados con antelacin al desarrollo de la prctica.

Tipo de prctica

Duracin

de las

prcticas

Indicaciones de peligro

Grupal (2 personas) 4 horas

Gafas de seguridad Guantes adecuados Calzado cerrado Bata de laboratorio


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PRCTICA N 1

Identificacin y caracterizacin preliminar de una roca (muestra problema)

Tipo de prctica Duracin Indicaciones de peligro:

Grupal (2 personas)

Requiere el empleo del

Programa Powder X o EVA

4 horas

Fundamento terico

Una roca es una mezcla compleja de distintas fases, entre las que se pueden distinguir minerales,

tales como: arcillas (filosilicatos) y arena (slice), xidos y carbonatos metlicos (alcalinos,

alcalinotrreos y de transicin), materia orgnica (cidos hmicos y flvicos), entre otros.

El anlisis cualitativo e identificacin de la composicin de una roca o de un mineral especfico,

requiere el conocimiento de una seria integrada de fundamentos tericos y prcticos de la qumica

inorgnica, analtica y mineraloga, que permitan la obtencin de informacin significativa

(caracterizacin).

Existen algunos mtodos generales y poco precisos para identificar los minerales presentes en una

roca. Estos por ejemplo, se basan fundamentalmente en el anlisis de caracterticas fsicas tales

como el color y la densidad. El color de las rocas puede dar algunos indicios sobre la presencia de

ciertos elementos, pero tratar de determinar la composicin empleando exclusivamente este

parmetro, conlleva a un error. De hecho, el color puede ser tan solo una caracterstica de la

superficie, por lo cual la presencia de metales como hierro y manganeso, en diferentes estados de

oxidacin, o la existencia de materia orgnica, puede ser solo supuesta en la superficie.


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De igual forma, el empleo de la densidad como criterio de identificacin es poco precisa. Por

ejemplo las arcillas tienen una densidad que puede variar entre 2,5 y 2,8 g.cm-1, pero los minerales y

productos frricos pueden hacerla variar considerablemente, apartndose de estos valores. Otras

caractersticas que permiten hacer una clasificacin preliminar son el ndice de plasticidad, la

capacidad de intercambio inico, entre otros.

Los mtodos que denominaremos precisos, son aquellos que emplean fundamentalmente

parmetros analticos e instrumentales y que dan informacin objetiva (no depende del

observador) sobre los minerales presentes en la roca. En la mayora de los casos, la caracterizacin

de la muestra, requiere el empleo de varias tcnicas analticas simultamente; teniendo como

herramientas de referencia, la difraccin de rayos X, la fluorescencia de rayos X y las microscopas

electrnicas. As como el anlisis trmico, gravimtrico y la espectroscopia infrarroja, de forma

complementaria.

Particularmente en esta prctica emplearemos las herramientas analticas disponibles en la UIS,

como el anlisis por difraccin de rayos X y la fluorescencia de rayos X, para la caracterizacin de la

roca (muestra problema).

Difraccin de rayos X

En el ao 1912, a travs de unos experimentos realizados por Von Laue y su equipo, se demostr

que los rayos X pertenecan a la denominada radiacin electromagntica y que muchos slidos

poseen estructuras tridimensionales con la peculiaridad de que stas son peridicas. Al poco

tiempo, la familia Bragg empleo este descubrimiento, al desarrollar la tcnica de difraccin de rayos

X, como un mtodo para estudiar en detalle la estructura cristalina de los slidos a escala atmica.

El modelo utilizado por Bragg considera los cristales como sistemas organizados en capas o

planos, actuando como espejos semi-transparentes.


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Algunos de los rayos X son reflejados por un plano con un ngulo de reflexin igual al ngulo de

incidencia, siendo el resto transmitido para ser reflejados por subsiguientes planos, condicin

para que los rayos difractados estn en fase y la interferencia sea constructiva.

La diferencia de camino recorrido por los diferentes rayos, que inciden a un ngulo

determinado, debe ser un nmero entero de longitudes de onda. La relacin entre la distancia

interplanar del conjunto de planos (distancia entre los planos), el ngulo de difraccin (ngulo de

incidencia o reflexin) y de la radiacin incidente es n = 2d sen, denominada Ley de Bragg.

Un difractograma de polvos contiene tres caractersticas distintivas, que permiten identificar la

muestra, estas son: la posicin de los picos 2 (lo que permitir obtener la distancia interplanar

d), la intensidad relativa de las picos, y el perfil o forma de los mismos.

Aplicacin de la ley de Bragg e interpretacin de los difractogramas

En la tcnica de difraccin de polvos de rayos X, un haz de rayos X monocromtico incide sobre

una muestra de polvo muy fino, que idealmente tiene los cristales (granos) dispuestos al azar en

todas las posibles orientaciones. Detectndose los rayos X difractados mediante una pelcula

fotogrfica (mtodo de Debye-Scherrer) o contador de radiacin (mtodo del difractmetro). La

muestra gira a una velocidad angular constante /min y el detector a una velocidad de 2/min. El

principio radica, como en general en los mtodos de polvo, en que el ngulo formado por el haz

incidente y difractado es 2.

Las etapas que deben seguirse en la identificacin mediante rayos X son:

1. Tratamiento de los datos para facilitar la identificacin de los picos.

2. Aplicacin de la Ley de Bragg, para hallar los valores de los espacios interplanares d

relacionando el ngulo 2 (bajo la radiacin de Cu K1 =1,54050 ).

3. Utilizacin de tablas para definir tentativamente los picos correspondientes a las mayores

intensidades. Segn las intensidades respectivas, se confronta el mayor nmero de picos y

valores para una lista de materiales. Se recomienda la utilizacin de tablas especficas (ndice

de Hanawalt), para comprobar la presencia de las fases especficas.


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Mtodo de Hanawalt

El manual de bsqueda de Hanawalt fue la primera herramienta producida utilizando las

capacidades del ICDD (International Centre for Diffraction Data). La Figura 1 contiene un extracto

de una pgina del ndice, mostrando los pricipales componentes para los datos.

El mtodo de bsqueda de Hanawalt fue originalmente escrito por J.D. Hanawalt en 1936. Desde

entonces, se han realizado diversas modificaciones. En el ndice de Hanawalt inorgnico, los

patrones son distribuidos en 40 grupos de rangos de valores de distancia interplanar d, llamados

grupos de Hanawalt. Las fronteras numricas de los grupos de Hanawalt fueron escogidos para

obtener aproximadamente el mismo nmero de patrones para cada grupo. El valor-d para la

reflexin ms intensa en el difractograma determina el grupo de Hanawalt al cual el patrn es

asignado. El segundo valor-d ms intenso determina la ubicacin del patrn dentro del grupo; luego

cada grupo de Hanawalt es clasificado en orden descendiente del segundo valor-d ms intenso.


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Cada entrada en el ndice de Hanawalt consta de una marca de calidad, las ocho reflexiones ms

intensas, el smbolo de Pearson, la frmula qumica y el nombre comn del compuesto, el nmero

PDF (Power Diffraction File) y en algunos casos la relacin I/Ic.

La intensidad de una reflexin es definida por el porcentaje de la intensidad de la reflexin ms

intensa y es representada por un carcter como subndice.

g: indicando una intensidad > 104%

x: indicando una intensidad en el rango 104-95%

9: indicando una intensidad en el rango 94-85%


.

.


Las tres reflexiones ms intensas estn marcadas en negrilla. Cada patrn es listado en el ndice al

menos una vez y posiblemente hasta 12 veces. Las reglas bsicas para crear las entradas pueden

encontrase directamente en el libro. Generalmente las reflexiones ms fuertes estn restringidas en

lo posible a la regin < 90 2.

Debido a las diferencias en la calidad y resolucin de los valores- d y de intensidad, con los patrones

de referencia PDF, un factor de tolerancia se le asigna a cada grupo de Hanawalt, para acomodar las

posibles discrepancias asociadas a la variedad de los mtodos de difraccin disponibles. Los

patrones que aparecen en los lmites del grupo de Hanawalt son tambien tabulados en el grupo

adyacente. Este solapamiento incrementa en un 30% el tamao del manual, pero reduce el

nmero de grupos que el analista debe buscar.

La tcnica de bsqueda de Hanawalt es usada para reconocer una fase/material desconocido por

medio de la identificacin de potenciales patrones de referencia, mediante una comparacin del

difractograma observado con el patrn de referencia PDF completo.


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Fluorescencia de rayos X

Esta tcnica se basa en las posibles transiciones electrnicas existentes entre los distintos niveles de

energa del sistema atmico. El fenmeno ocurre en dos etapas: excitacin y emisin.

En la primera etapa, el sistema en su estado fundamental es excitado por medio de la aplicacin de

energa (Rayos X) que el sistema absorbe pasando a un estado de mayor energa y emitiendo

electrones. Mientras durante la emisin, el tomo vuelve a su estado basal, ocupando los huecos

producidos en la primera etapa. En este proceso se desprende energa en forma de radiacin de

rayos X secundaria o fluorescencia de rayos X.

Objetivo general

En esta prctica se discutirn los mtodos determinativos empleados en la identificacin de una

roca (muestra problema), abarcando metodologas simples pero de poca precisin, y las analticas

basadas en la aplicacin de herramientas instrumentales tales como: la difraccin de rayos X y la

fluorescencia de rayos X.

Objetivos especficos

Fortalecer los conocimientos acerca de la difraccin de rayos X y el tratamiento de datos por

medio de programas como Powder X.

Adquirir destreza en la aplicacin del mtodo de Hanawalt para el anlisis cualitativo de una

muestra problema.

Aplicar la tcnica de fluorescencia de rayos X, para la caracterizacin preliminar de la muestra.

Desarrollar en el estudiante su capacidad crtica para observar, analizar y sacar conclusiones a

partir de los datos experimentales.

Parte experimental

a. El programa Powder X incluye una serie de herramientas que permite el suavizado o alisamiento

(smooth) del difractograma, la eliminacin del ruido de fondo (background) y de las componentes

K1 (alpha 2 strip).

Luego debe realizase la bsqueda de los picos (peak search) y la identificacin de los ms intensos.


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Generalmente del difractograma resultante, se extraen los valores 2 y aplicando la ley de Bragg se

obtienen los valores-d. El programa Powder X, permite extraer los valores-d directamente.

b. Con la ayuda de tablas disponibles se caracterizan los valores determinativos de los minerales

presentes en la muestra, as un pico intenso a 3,34 esta relacionado con el cuarzo, lo cual se

comprueba por la presencia de los picos secundarios a valores de 4,26 y 1,83 .

En el mtodo de Hanawalt, el procedimiento de identificacin para una fase, incluye los siguientes

pasos:

1. Tabular los valores-d experimentales en orden decreciente de intensidad.

2. En el manual de Hanawalt, hallar el grupo de Hanawalt que contiene la reflexin ms intensa.

3. Examinar el rango de entradas acorde a la precisin de los datos experimentales. Identificar

potenciales patrones de referencia, comparando la segunda reflexin ms intensa de los datos

experimentales. Escriba el/los nmeros PDF para los patrones de referencia escogidos como

posibles puntos.

4. Comparar los valores-d experimentales con el patrn de referencia PDF completo. Una

identificacin es satisfactoria, cuando se encuentra un ajuste adecuado de las diez reflexiones ms

intensas, incluyendo el error experimental.

En la prctica, no todas las muestras son monofsicas. Luego una identificacin multifsica es

necesaria aplicando el mismo principio de anlisis sobre los picos que no pudieron ser explicadas

en la primera busqueda. Comenzando siempre por aquellos que son ms intensos.

Bibliografa

http://drxp.info/2010/12/hanawalt-identificacion-fases-drx/ (marzo 17, 2014).

http://capsicum.me.utexas.edu/ChE386K/html/hanawalt_method.htm (febrero 29, 2012).

C. Klein, Minerals and Rocks: Exercises in Crystallography, Mineralogy and Hand Specimen

Petrology, J. Wiley & Sons, New York, 1989.

J.P. Eberhart, Analyse Structurale et Chimique des Matriaux, Dunod, Paris, 1989.


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J. Bermdez, Mtodos de Difraccin de Rayos X, Pirmide, Madrid, 1986.

G. Charlot, Qumica Analtica General-Tomo II, Toray-Masson, Barcelona, 1975.

H. Danna, Manual de Mineraloga, Revert, Barcelona, 1960.

J. Bauer, Gua Bsica de los Minerales, Omega, Barcelona, 1981.

J.C. Melgarejo, J.A. Proenza, S. Gal, X. Llovet, Boletn de la Sociedad Geolgica Mxicana Vol.

62-1, Mxico D.F., 2010.


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MODELO DEL INFORME

Laboratorio I de Qumica Inorgnica

Prctica N 1. Identificacin y caracterizacin preliminar de una roca

Muestra:_________

Nombre de los integrantes:

_________________________________________________

____________________________________________

Fecha: __________________

1. Resumen

2. Introduccin

3. Parte experimental (diagrama de flujo)

4. Resultados

- Debe incluir anlisis mineralgico e interpretacin de los resultados de difraccin de rayos X:

Fases cristalinas presentes en el mineral.

5. Discusin (interpretacin de los resultados)

- Correlacin de los resultados de difraccin y fluorescencia de rayos X (elementos ms abundantes

en la muestra).

6. Conclusiones

7. Referencias


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PRCTICA N 2

Digestin cida de una muestra problema



3 sesiones

Fundamento terico

Generalmente los metales presentes en una roca o en un mineral, pueden encontrarse absorbidos,

formardo parte de la estructura de las fases cristalinas o como componentes de sistemas amorfos.

En cualquier caso, para lograr liberar los metales presentes en la roca, deben realizarse procesos

como las fusiones alcalinas y las digestiones cidas.

Estos procedimientos que se utilizan para conocer la composicin elemental de las rocas o

minerales, no se rigen por una regla general o por un nico protocolo. Por ello es importante

consultar y estudiar el procedimiento ms ventajoso, teniendo en cuenta la naturaleza de la muestra

y el tiempo del trabajo analtico a emplear.

La disgestin cida es el mtodo ms utilizado para este propsito. No obstante algunas veces una

descomposicin efectiva no necesariamente implica una descomposicin completa. Por ejemplo, en

la determinacin del in ferroso (Fe2+), la muestra una vez triturada, puede ser calentada cerca al

punto de ebullicin con una mezcla de cido fluorhdrico y sulfrico por un periodo fijo. En la

mayora de estos casos permanece un pequeo residuo, compuesto de cuarzo, el cual puede ser

ignorado teniendo en cuenta el objetivo. Si se continua el calentamiento hasta que el residuo se

disuelva, no solo no resulta til, sino que adems incrementa la posibilidad de oxidar (aire) el in

ferroso.


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Muchos minerales son relativamente muy solubles en soluciones cidas. Luego la digestin cida

puede llevarse a cabo mediante la reaccin de la muestra con cidos, que disuelven el mineral y

pasan los elementos a la solucin donde son determinados posteriormente.

En general los carbonatos, fosfatos, muchos sulfuros, sulfatos, cloruros y boratos son solubles en

cidos; pero los xidos son los que ms fcilmente se disuelven en cidos no-oxidantes como HCl,

HF, H3PO4, HBr, H2SO4 y HClO4 diluidos. El cido clorhdrico disuelve los sulfuros (la pirita es una

excepcin), los fosfatos, carbonatos y es el mejor solvente para los xidos metlicos (cationes

alclinos y alcalinotrreos), pero solo descompone silicatos que contienen una alta proporcin de

bases fuertes o moderadas tales como el calcio.

El cido fluorhdrico disuelve efectivamente la mayora de alumino-silicatos; el SiO2 es

descompuesto por el HF caliente (90-100 C) con mnimas prdidas de silicio. Cuando las

soluciones se someten a un calentamiento en un cido a mayores temperaturas, la prdida de Si es

cuantitativa, as como la de otros elementos tales como B, As, Ge y Sb, los cuales forman fluoruros

voltiles. Aunque el HF es frecuentemente utilizado solo, debido a la necesidad de remover las trazas

de flor de la solucin, los cidos perclrico y sulfrico son usados para este propsito. No obstante,

el cido perclrico tiene la ventaja sobre el cido sulfrico, de que la mayora de los percloratos son

solubles (con excepcin de los percloratos de K, Rb y Cs); puesto que la formacin de sulfatos

insolubles puede ser problemtica en el subsecuente trabajo analtico. Sin desconocer que el H2SO4

es ms efectivo en la remocin de flor.

Algunos minerales tales como la kyanita (polimorfo natural del Al2O3.SiO2), berilo (Be3Al2(SiO3)6),

zircn (ZrSiO4) y turmalina ((Na,Ca)(Al,Fe,Li)(Al,Mg,Mn)6(BO3)3(Si6O18).(OH,F)4), son atacados

ligeramente por los cidos como el HCl, a condiciones de presin y temperatura normales. Por lo

cual, mtodos ms especializados deben emplearse. Es por ejemplo recomendado para

descomponer rpidamente el caoln (arcilla), realizar un pre-tratamiento a 700 C por 15 minutos,

antes de diluir la muestra en HCl, mientras que es lentamente atacado sin el previo tratamiento

trmico. La digestin con cido sulfrico, clorhdrico y ntrico es utilizada para atacar los minerales

arcillosos pero no los minerales primarios asociados con cuarzo.


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Es importante resaltar el efecto del calentamiento, ya que el incremento de la temperatura

regularmente, promueve la eficacia de la descomposicin de los minerales. Sin embargo, se

recomienda trabajar por debajo de los puntos de ebullicin (HCl al 31% 110 C, H2SO4 al 98% entre

310-340 C) para evitar la volatilizacin de algn elemento de inters. Otros cidos, como el cido

fosfrico son frecuentemente usados para descomponer cromitas.

La Tabla 1 recoge algunas propiedades fsicas y qumicas importantes de los cidos inorgnicos, as

como algunos de los metales que solubilizan comunmente.

Tabla 1. Algunas propiedades fsicoqumicas de los cidos inorgnicos.

Finalmente mediante un anlisis elemental de la solucin por absorcin atmica es posible

identificar y cuantificar (disponiendo por ejemplo, de datos como porcentaje de silicio, aluminio,

hierro, entre otros) y se pueden establecer algunas relaciones de la composicin (como la relacin

SiO2/Al2O3 en alumino-silicatos) que ayudan a caracterizar los minerales presentes en la roca.

Objetivo general

Disolver la roca objeto de estudio, por medio de una digestin cida, para liberar los metales

presentes en la muestra y pasarlos a una solucin.

Denominacin qumica Punto de ebullicin (C) Recomendado para:

HCl 48 (azetropo 105) Ca, Na, Mg, Zn, Al, Fe, Ni, K, Pb, Cu

HNO3 83 Cu, Mg, Ca, Pb, K, Ag, Sb, Hg, Fe

HF 20 Si, Al

H2SO4 340 (100%) Cu, Al, Fe, K, Na, Ca, Mn, Na, Ti, Pb, Mg


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Discutir la metodologa empleada en la digestin cida (empleo de cidos en forma secuencial

segn lo indique el mtodo, requiriendo hacer una consulta).

Disolver la roca y evaluar la efectividad del protocolo empleado (% de slido disuleto en cada

tatamiento cido).

Preparar soluciones diluidas de las digestiones para el anlsis de absorcin atmica.

Materiales

Mortero y pistilo

Balanza analtica

Placa de calentamiento

Bomba de vaco, embudo de bchner y papel filtrante

Esptula

Vaso de precipitado de 50 mL

Erlenmeyer de 50 mL

Baln volumtrico de 100 mL (3)

Vidrio de reloj

Pipetas graduadas de 10 mL

Pera de succin

Agitador de vidrio

Caja de petri

Reactivos

Mineral problema

cido clorhdrico concentrado, HCl

cido sulfrico concentrado, H2SO4

cido ntrico concentrado, HNO3

Perxido de hidrgeno, H2O2

Agua desionizada


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Los cidos inorgnicos (cidos minerales) tienen propiedades corrosivas comunes a todos ellos. Las

soluciones de cidos inorgnicos no son inflamables por si mismas, pero cuando entran en contacto

con ciertos productos qumicos o materiales combustibles, se pueden producir incendios o

explosiones. Cuando se utilicen los cidos concentrados debern extremarse las medidas de

seguridad y utilizar la cabina de extraccin.

Parte experimental

a. La digestin es generalmente llevada a cabo utilizando la muestra finamente dividida, para ello se

pulveriza manualmente, se muele en un molino y se hace pasar por un tamiz > 200 Mesh ( 400

Mesh corresponde a 38 m). Obtener aproximandamente 2 g de muestra en polvo.

b. Para realizar la digestin completa del mineral, hasta la obtencin de una solucin homognea,

deben realizarse varios tratamientos cidos (H2SO4, HCl, HNO3), dependiendo de la composicin del

mineral. Despus de investigar y determinar el tipo y las caractersticas del mineral objeto del

estudio, debe proponerse un procedimiento de digestin (secuencia de cidos) y discutirlo con el

profesor.

1. Tomar una cantidad conocida de la muestra, entre 1 y 2 g, y llevarla a un vaso de precipitados de

50 mL, aadir 2,5 mL de cido concentrado y 2,5 mL de agua.

2. Calentar el vaso con la muestra y la solucin cida, sobre una placa de calentamiento controlado

(dentro de una cabina de extraccin), hasta sequedad (aproximadamente 4 horas, evitando la

ebullicin de la solucin).

3. Enfriar a temperatura ambiente y redisolver el residuo con 10 mL de agua destilada.

d. Filtrar el extracto y recoger el filtrado en un baln volmetrico de 100 mL. Lavar el vaso de

precipitados con H2O, pasando por el filtro y recoger el filtrado en el baln. Aforar.

c. El extracto o material no disuelto, debe pesarse y luego se repite el procedimiento de ataque con

el segundo cido elegido (volver al numeral 1).

Nota: Por razones de seguridad, se evitar el empleo de HF.


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Bibliografa

C.E. Housecroft, A.G. Sharpe, Inorganic Chemistry, Pearson-Prentice Hall, Edinburgh, 2004.

M.J. Fink, Inorganic Chemistry Laboratory Manual, Department of Chemistry - Tulane University,

New Orleans, 1997.

N.R. Cabrera, Fundamentos de Qumica Analtica Bsica - Anlisis cuantitativo, Universidad de

Caldas, Manizales, 2007.

http://www.cenam.mx/simposio2008/sm_2008/memorias/S3/SM2008-S3A1-1196.pdf

(marzo 17, 2014).


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MODELO DEL INFORME


Prctica N 2. Digestin cida de una roca

Muestra:_________


_________________________________________________

____________________________________________

Fecha: __________________

1. Resumen

2. Introduccin

- Consulte otros mtodos para llevar a cabo la descomposicin de una roca o un mineral.


- Debe incluir la justificacin de la metodologa propuesta

4. Resultados

5. Discusin (interpretacin de los resultados, correlacin con el informe 1)

- Discuta las limitaciones del tratamiento por digestin cida de la roca para el anlisis elemental.

6. Conclusiones

7. Referencias


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PRCTICA N 3

Anlisis elemental de la muestra problema por absorcin atmica



Fundamento terico

La importancia del anlisis qumico de los minerales para estudios geolgicos y fisicoqumicos es

bien establecido, por lo cual no es necesario justificar aqu el esfuerzo requerido para ello. En

general, el esquema de trabajo involucra el conocimiento de los principios de la qumica analtica y

la implementacin de diversas tcnicas instrumentales, todo esto a la luz de la qumica de los slidos.

Algunas de las metodologas clsicas pueden ser demandantes de tiempo, y actualmente nuevos

protocolos analticos han sido propuestos como alternativas.

A partir de 1960, los mtodos que involucran la determinacin secuencial o simultnea de muchos

de los constituyentes empleando herramientas instrumentales tales como la emisin ptica, la

fluorescencia de rayos X y la espectrofotometra de absorcin atmica, as como los mtodos

cromatogrficos. Estas tcnicas analticas requieren muchas veces, esquemas qumicos hmedos

para el anlisis de los minerales, tal como se trato en la prctica precedente.

En el anlisis elemental de minerales, la tcnica ICP (por sus siglas en ingles, Inductively Coupled

Plasma) y la espectrofotometra de absorcin atmica conocida como AAS (Atomic Absorption

Spectrophotometry) son herramientas incuestionables. Esta ltima tcnica ser utilizada en la

presente prctica, pero para los propsitos del laboratorio solo se mencionarn algunas

caractersticas, y se deja al lector la consulta detallada.


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La tcnica de absorcin atmica involucra la atomizacin de una solucin en una llama, en la cual

una porcin del soluto es vaporizada y reducida a tomos libres de su elemento constitutivo. Estos

tomos libres pueden ser promovidos a un estado excitado por la absorcin de luz, de una energa

correspondiente a la diferencia de energa entre los estados basal y excitado, esto es, por energa

incidente de cierta longitud de onda discreta (cuya fuente es una lmpara que contiene el ctodo del

elemento). Entonces si la luz de esta longitud de onda pasa a travs de una llama en una solucin de

un compuesto del elemento que esta siendo atomizado, una fraccin de la luz ser absorbida por los

tomos en estado basal del elemento y el alcance de la absorcin es una medida de la concentracin

de las especies atmicas absorbidas.

Tabla 1. Caractersticas de la llama, longitud de onda y rendija, segn el metal a analizar.

Objetivo general

Emplear la tcnica de abosrcin atmica para analizar los metales presentes en la muestra

problema.


Preparar patrones de los metales a analizar (segn la informacin de caracterizacin de la

Prctica N 1) y hacer la curva de calibracin para cada uno de ellos, empleando la tcnica de

espectrofotometra de absorcin atmica.

Medir los elementos presentes en las soluciones diluidas de la digestin cida de la roca

(Prctica N 2).

Metal Llama (nm) Rendija (nm)

Fe Aire-acetileno 248 0,2

K Aire-acetileno 766 0,2

Al Nitrogeno-acetileno 309 0,7

Ca Aire-acetileno 423 0,7


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Materiales

Balones volumtricos de 25 mL (5)

Pipetas

Pera de succin

Reactivos

Agua desionizada

Estndares AAS

Parte experimental

1. Partiendo de la solucin obtenida en la digestin cida (100 mL) que contiene los metales a ser

analizados, hacer diluciones sucesivas hasta que la concentracin de los metales entre en un rango

detectable para el equipo. Se recomienda hacer diluciones en proporciones de 1:10, 1:100 y 1:1000

veces para su anlisis, empleando agua tipo 1.

2. Para poder cuantificar los metales presentes en la muestra, se elabora una serie de 5 patrones de

los elementos presentes (segn informacin de la Prctica N 1). Verificar el rango de linealidad del

anlisis.

3. Ajustar los parmetros operativos (lmparas, rango de linealidad de concentracin para cada

elemento, composicin de la llama, interferencias en el anlisis de cada elemento) y poner a aspirar

las soluciones diluidas a travs del capilar, registrar las lecturas, incluyendo un duplicado (no olvidar

tomar una lectura con la sola aspiracin de agua antes y despus de cada lectura del patrn).

4. Convertir cada lectura en absorbancia y calcular la absorbancia neta a partir de cada lectura,

sustrayendo de ste la lectura de la absorbancia del agua. Calcular el promedio obtenido para todas

las soluciones estndar.

5. Graficar la absorbancia neta media contra la concentracin del metal; estos puntos deben caer en

una lnea recta. Este grfico es utilizado para verificar que la ley de Beer es obedecida y obtener as

una primera aproximacin al contenido del metal de la muestra problema.


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Bibliografa

D.A. Skoog, J.J. Leary, T.A. Nieman, Anlisis Instrumental, McGraw Hill, Madrid, 2001.

L. Ximnez, Espectroscopia de Absorcin Atmica- Vol. 1, Publicaciones Analticas, Madrid,

1980.

E. Rocha, Principios Bsicos de Espectroscopia, UACh, Mexico, 2000.


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MODELO DEL INFORME


Prctica N 3. Anlisis elemental de la roca por absorcin atmica

Muestra:_________


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Fecha: __________________

1. Resumen

2. Introduccin


- Cules son los limites de deteccin del equipo empleado para el anlisis elemental?.

4. Resultados

- Qu proporcin del slido se disolvi?.

- Debe incluir las curvas de calibracin y ecuacin de la recta (rango de linealidad).

- Cules metales y en que proporcin estn presentes en las soluciones?.

5. Discusin (interpretacin de los resultados, correlacin)

- Cules cidos son ms eficientes para extraer los metales presentes en la muestra.

- Debe analizar la metodologa de la digestin propuesta vs. los resultados obtenidos.

- Compare resultados de abosrcin atmica con los de fluorescencia de rayos X.

6. Conclusiones

7. Referencias


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PRCTICA N 4

Sntesis de derivado del metal ms abundante en la muestra problema



Fundamento terico

La metodologa que se plantea en este manual, implica una alta preparacin de la prctica por parte

del estudiante, previo a su realizacin en el laboratorio. En este sentido se desea que el alumno sea

capaz de responder a una pregunta explcita o resolver un problema especfico utilizando

principalmente la bibliografa y la informacin recopilada mediante el desarrollo experimental de

las prcticas anteriores.

Por esta razn, se pretende evitar la realizacin de prcticas de receta y se deja al estudiante la

posibilidad de proponer y realizar una sntesis libre, utilizando como precursor el metal

mayoritario presente en la mezcla de metales, obtenida en las sesiones previas. Como el objetivo

principal es obtener un derivado del metal ms abundante en el mineral, debe proponerse un

protocolo para aislar dicho metal. Dicha propuesta debe ser discutida con el profesor, para analizar

la viabilidad del procedimiento.

A modo de ejemplo, se presenta a continuacin la sntesis de un alumbre, considerando que el metal

ms abundante sea el aluminio.

El aluminio se disuelve muy lentamente en cido sulfrico o ntrico diluido, debido a que se pasiva.

Sin embargo, se disuelve en cido clorhdrico diluido y en bases.


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Los alumbres constituyen una importante clase de compuestos de aluminio, de frmula general

MAl(SO4)2.12H2O, con M = catin monovalente. Por extensin tambin reciben este nombre los

compuestos de frmula general MIMIII(SO4)2.12H2O.

Objetivo general

En esta prctica se pretende obtener un derivado del metal ms abundante en el mineral problema.

En el caso de la sntesis del alumbre (derivado del aluminio), se debern considerar los aspectos

fisicoqumicos de la formacin de sales dobles y la estructura de los alumbres.


Realizar prcticas alternativas teniendo en cuenta la disponibilidad de los reactivos, el material de

laboratorio y las normas de seguridad.

Para el caso de la sntesis de un derivado del aluminio:

Manejar bibliografa relacionada con las propiedades de las sales dobles.

Describir las caractersticas ms importantes de los alumbres (composicin, estructura, etc).

Explicar las condiciones en las que se forma una sal doble (NH4)Al(SO4)2.12H2O.

Comprobar la obtencin del slido deseado, empleando las tcnicas de caracterizacin

dispobibles.

Materiales

Vaso de precipitados de 100 y 250 mL

Pipetas

Pera de succin

Probeta

Varilla de vidrio

Placa de calentamiento y agitacin



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Reactivos

Aluminio metlico, Al

cido sulfrico, H2SO4

Hidrxido de amonio, NH4OH

Agua desionizada

Parte experimental

Colocar un gramo de virutas de Al en un vaso de precipitados de 100 mL y cubrir el metal con agua.

Calentar y aadir poco a poco, 25 mL de NaOH al 10%. Cuando la efervescencia que se produce

inicialmente cesa, hervir la mezcla de 15 a 20 minutos, para completar la disolucin del aluminio.

Diluir con agua hasta aproximadamente el doble del volumen inicial y, si hay, filtrar el residuo

negro. Calentar de nuevo el filtrado, diluir hasta 200 mL y neutralizar con cido sulfrico 4 N.

Mientras se aade el cido mantener la disolucin en caliente y bajo agitacin.

El xido de aluminio hidratado que precipita as, es bastante compacto y deber filtrar fcilmente en

un embudo. Lavar el precipitado con agua caliente para eliminar el sulfato sdico.

Una vez que hemos retirado el filtrado, se aade al filtro 40 mL de cido sulfrico 4 N, remover con

una varilla, perforar el fondo del filtro. Dejar que la disolucin y el slido caigan en un vaso,

arrastrar el precipitado adherido con la misma disolucin caliente hasta que no quede slido alguno

en el filtro.

Disolver todo el slido por calentamiento y una vez disuelto, aadir 20 mL de NH4OH 2 M.

Concentrar la disolucin por evaporacin, aproximadamente a la mitad, enfriar en hielo hasta el da

siguiente. Los cristales obtenidos se secan y se pesan.


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Prueba de reconocimiento del Al

Disolver el precipitado con HCl diluido, agregar 5 gotas de cido actico y 5 gotas de almidn. Dejar

en reposo y aadir NH3 6 M (pH ligeramente bsico). La formacin de un precipitado color rojo-

ladrillo confirma la presencia de Al.

Bibliografa

D.M. Adams, J.B. Raynor, Advanced Practical Inorganic Chemistry, J. Wiley & Sons, London, 1965,

(Edicin en espaol Reverte, 1966).

F. Burriel, F. Lucena, S. Arribas, J. Hernndez, Quimica Analitica Cualitativa, Thomson, Madrid,

1985.

G. Brauer, Quimica Inorganica Preparativa, Reverte, Barcelona, 1958.

A. Cotton, G. Wilkinson, Quimica Inorgnica Avanzada: Un texto comprensible, Wiley

Interscience, New York, 1966.


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MODELO DEL INFORME


Prctica N 4. Sntesis de derivado del metal ms abundante en la muestra problema

Muestra:_________


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____________________________________________

Fecha: __________________

1. Resumen

2. Introduccin

En el caso de la sntesis del alumbre:

- Diferenciar una sal doble de una mezcla de sales.


- Justifique la metodologa propuesta inicialmente.

- Consulte la posicin en la que se encuentra el aluminio en la tabla de potenciales de redox y

comente algo acerca del carcter anftero del Al(OH)3.

4. Resultados

- Calcule el rendimiento de la sal obtenida.


6. Conclusiones

7. Referencias


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PRCTICA N 5

Sntesis de una espinela de hierro-cobre y produccin cataltica de oxgeno



Fundamento terico

Las espinelas son xidos mixtos de una clase de minerales de frmula ideal AB2O4, donde A es un

catin divalente y B es un catin trivalente. Como sitios divalentes tenemos: Mg2+, Fe2+, Mn2+, Zn2+ y

trivalentes: Fe3+, Al3+, Cr3+, entre otros.

A nivel estructural, puede decirse que son xidos con una estructura cbica compacta de oxgenos,

en la que A ocupa 1/8 de los huecos tetradricos y los iones B 1/2 de las posiciones octadricas.

Esto es, en cada celda unidad hay el mismo nmero de sitios octadricos como de iones de

oxgeno, es decir 32, y dos veces la cantidad de sitios tetradricos, sea 64. Sin embargo, no todos

pueden ser ocupados. Los cationes de A2+ y de B3+ se insertan en el arreglo en una forma

permitida llenando como se mencion anteriormente, la mitad de las posiciones octadricas

disponibles y una octava de las posiciones tetradricas disponibles. Esto significa que hay 8 sitios

tetradricos ocupados y 16 sitios octadricos ocupados en una celda unidad.

La estructura tambin puede ser concebida como una celda donde los iones A estn una

disposicin cbica centrada en las caras. Dentro de ese cubo se encuentran ocho cubos ms

pequeos; cuatro de ellos constan de tetraedros AO4 y los otros cuatro cubos tienen iones B y O

en los vrtices, formando unidades B4O4. Estas unidades AO4 y B4O4 se distribuyen en la celda de

manera simtrica.


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En principio hay dos tipos de arreglos en las espinelas, si los 8 cationes A2+ se sitan en los

intersticios tetradricos permitidos en la celda unidad y que los 16 cationes B3+ se siten en los

huecos octadricos permitidos en la celda unidad, a esta estructura se le llama espinela normal

[A][B2]O4. En el segundo arreglo, los 8 cationes A2+ se sitan en la mitad de los huecos octadricos

y la otra mitad de estos huecos, son ocupados por 8 cationes B3+. Mientras el resto de los cationes

B3+ se sitan en los intersticios tetradricos permitidos en la celda unitaria, a esta estructura se le

conoce como espinela inversa [B][AB]O4.

Objetivo general

El objetivo de esta prctica es preparar un material slido, que es modelo estructural de muchos

otros y estudiar sus propiedades catalticas en la produccin de oxgeno.


Sntetizar la espinela Cu1.5Fe1.5O4.

Estudiar las propiedades catalticas de este compuesto en la produccin de oxgeno utilizando

como sistema de prueba el perxido de hidrgeno.

Materiales

Balanza

Esptula

Vaso de precipitados de 100 mL


Probeta de 25 mL

Pipetas graduadas

Pipeta pasteur

Pera de succin


Tubos de ensayo con salida lateral

Tubos de ensayo y una manguera plstica delgada


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Reactivos

Cloruro de cobre (II) dihidratado, CuCl2.2H2O

Cloruro de hierro (III) hexahidratado, FeCl3.6H2O

Sulfato de hierro (II) heptahidratado, FeSO4.7H2O

Cloruro de cobalto (II) hexahidratado, CoCl2.6H2O

Hidrxido de sodio, NaOH

Perxido de hidrgeno, H2O2

xido de zinc, ZnO

Dixido de manganeso, MnO2

Tiocianato de potasio, KSCN

Yoduro de potasio, KI

Tiosulfato de sodio, Na2S2O3

Los compuestos de Cu y Fe no son especialmente txicos. No obstante, deben de mantenerse todas

las precauciones. El NaOH quema y puede ocasionar graves lesiones en los ojos y piel. El H2O2

(30%) es un oxidante fuerte, hay que tener precaucin al manejarlo.

Parte experimental

a. Preparacin de la espinela Cu1.5Fe1.5O4 (Catalizador)

En un vaso de precipitados de 100 mL se prepara una disolucin de 0,45 g CuCl2.2H2O en 5 mL de

agua destilada y de igual manera se hace con 0,56 g FeCl3.6H2O. La disolucin de cobre se adiciona

lentamente sobre la de hierro.

A continuacin se adiciona poco a poco una disolucin de NaOH 5 M hasta que el pH sea igual a

12,5; en este momento tendremos un precipitado marrn- verdoso. La mezcla se calienta durante

30 minutos en un bao de agua a 60 C, al cabo de este tiempo se deja sedimentar el precipitado

(color marrn), se extrae la disolucin sobrenadante.

Se lava el precipitado dos o tres veces con agua destilada repitiendo la operacin anterior. Y a

continuacin el precipitado se filtra y se lava repetidas veces con agua, hasta que el pH sea neutro.


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El slido resultante se seca en un horno a una temperatura aproximada de 100 C.

La reaccin general del proceso es:

3/2 CuCl2.2H2O + 3/2 FeCl3.6H2O + 15/2 NaOH Cu1.5Fe1.5 O4 + 15/2 NaCl + n H2O b. Preparacin cataltica del oxgeno

Se introduce en un tubo de ensayo con slida lateral, 0,25 g de la espinela y mediante una pipeta se

adiciona gota a gota agua oxigenada. La otra boca del erlenmeyer se une a travs de una manguera

a un tubo de ensayo que va a contener una disolucin de FeSO4, (0,10 g sal Fe2+/10 mL agua) de

esta manera veremos el efecto del oxgeno producido mediante la oxidacin de Fe+2 a Fe+3 que

genera disoluciones de color amarillo. Repetir el procedimiento, adicionando directamente el H2O2

a la solucin de sulfato de ferroso, sin espinela. Del mismo modo, utilizar el ZnO y MnO2 como

catalizador y anotar las observaciones.

c. Estudio estructural

Consultar el modelo estructural de la red de la espinela, para hacerse una buena idea de los huecos

octadricos y tetradricos presentes en la estructura.

Figura 1. Estructura espinela (normal) AB2O4. Este modelo se puede describir utilizando ocho octantes que comprenden 4 tetraedros AO4 (coordinacin tetradrica) y 4 cubos B4O4 (coordinacin octadrica). Dichos octantes estn alternados de acuerdo con el diagrama de a izquierda, sea que contienen 4 iones A y 16 iones B. La celda unitaria se completa mediante un cubo circundante, centrado en las caras de iones A como puede verse en el diagrama de la derecha; este cubo completa los 4 iones A restantes para obtener la celda A8B16O32. As mismo, los O tienen la misma orientacin en los 8 octantes y en conjunto forman una red cbica centrada en las caras compuesta de 32 iones.

Figura 2. Estructura espinela inversa del F3O4 que muestra la celda unitaria y el ambiente tetradrico y octadrico de los centros de Fe. El vrtice de cada tetraedro y octaedro est ocupado por un tomo de O [Universidad Autnoma de Madrid].


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d. Ensayos complementarios

Se disuelve 0,1 g del compuesto en HCl concentrado, calentando suavemente en un tubo de ensayo.

Se deja enfriar a continuacin y se filtra el posible residuo. El filtrado se divide en dos partes: a una

de ellas se le aade una disolucin de KI y aparecer un color marrn por efecto de la formacin de

yodo, que se decolora al aadirle una disolucin de Na2S2O3.

A la segunda parte se le aade una disolucin de KSCN en agua y aparecer un intenso color rojo en

la disolucin. Explicar los hechos experimentales observados y escribir las reacciones implicadas.

Bibliografa

J.E. Huheey, E.A. Keiter, R.L. Keiter, Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity,

Harper Collins, New York, 1993.

A.R. West, Solid State Chemistry and its Applications, J. Wiley & Sons, New York, 1984.

C.E. Housecroft, A.G. Sharpe, Qumica Inorgnica, Pearson-Prentice Hall, Edinburgh, 2008.

N.N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Butterworth-Heineman, Oxford 1997.

http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qinorg/asignaturas/guion_exp_qui_inorg_09_1

.pdf (febrero 16, 2015).


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MODELO DEL INFORME


Prctica N 5. Sntesis de una espinela de hierro-cobre y produccin cataltica de

oxgeno


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Fecha: __________________

1. Resumen

2. Introduccin

- Describa la estructura tipo espinela (normal e inversa).

- Consulte la teora del campo cristalino, para predecir la estructura de la espinela sintezada.

- Consulte el proceso de descomposicin cataltica del agua oxigenada.

- Qu otro tipo de xidos pueden ser empleados como catalizadores de la descomposicin del

perxido de hidrgeno?. Explicar.


4. Resultados

- Calcule el rendimiento del producto obtenido.


- Discuta la relacin estructura-reactividad de la espinela obtenida.

6. Conclusiones

7. Referencias


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PRCTICA N 6

Sntesis de slidos termocrmicos: Cu2HgI4 y Ag2HgI4



Fundamento terico

El termocromismo se define como la capacidad de una sustancia para cambiar, reversiblemente, de

color con la temperatura. Se conocen muchos compuestos con propiedades termocrmicas y

aunque en todos ellos el termocromismo surge como consecuencia de una reorganizacin a nivel

atmico/molecular, esta puede ocurrir a travs de diferentes rutas. Entre los mecanismos

propuestos se incluyen cambios en la geometra, transiciones de fase, equilibrio entre estructuras

cristalinas distintas o simplemente un cambio en el nmero de molculas de disolvente en la esfera

de coordinacin.

En esta prctica se sintetizarn dos compuestos termocrmicos de frmula general M2HgI4 con M

= Ag(I) y Cu(I). La estructura de estos slidos puede ser descrita como una celda tetragonal, pero

puede ser vista como dos celdas FCC de iones I-,tal como se aprecia en la Figura 1, en la que los

cationes M+ y Hg2+ ocupan 3/8 de los ocho huecos tetradricos disponibles de forma regular (cada

in divalente esta asociado con un hueco sin ocupar).


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Figura 1. Celda FCC de iones I- con huecos tetradricos parcialmente ocupados [Universidad Autnoma de Madrid].

Como los iones Hg2+ y M+ tienen tamaos similares (Hg2+ 110 pm, Cu+ 74 pm y Ag+ 114 pm)

pueden intercambiar su posicin sin que la red se vea muy afectada. As cuando la temperatura

aumenta, los cationes M+ y Hg2+ (Figura 2), se difunden a travs del slido desplazndose de un

hueco tetradrico a otro, de tal forma que ya no ocupan posiciones fijas en la red sino que estn

distribuidos al azar.

Figura 2. Desplazamiento a travs de los huecos tetradricos [Universidad Autnoma de Madrid].

Como consecuencia de esta transicin de fase, el slido presenta un cambio de color

(termocromismo) y tambin un aumento de la conductividad elctrica, comportndose como

electrolito slido capaz de transportar cargas a travs de su estructura, mediante el movimiento de

los cationes.

En la actualidad, los compuestos termocrmicos han encontrado aplicaciones prcticas en

termmetros colorimtricos y como indicadores de temperatura en utensilios de cocina, ropa y

juguetes. Los electrolitos slidos se utilizan en bateras para separar el ctodo del nodo y

presentan prometedoras aplicaciones en pilas de combustible, sensores electroqumicos, etc.


INORGNICA


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Objetivo general

Sintetizar dos sales complejas y relacionar su estructura con las propiedades que presentan.


Sintetizar el in complejo aninico tetrayodomercuriato: HgI42- y preparar los compuestos

tetrayodomercurato(II) de cobre (I) y tetrayodomercurato(II) de plata (I).

Estudiar las propiedades termocrmicas de los slidos aislados.

Correlacionar la estructura y la reactividad de los materiales.

Materiales

Balanza

Esptula

Probeta de 25 mL

Vaso de precipitados de 50 mL


Pipetas graduadas

Pera de succin


Reactivos

Nitrato de mercurio (II), Hg(NO3)2 o cloruro de mercurio (II), HgCl2

Yoduro de potasio, KI

Nitrato de plata, AgNO3

Sulfato de cobre pentahidratado, CuSO4.5H2O

Sulfito sdico, Na2SO3

Las sales de mercurio (II) son muy toxicas por inhalacin, ingestin y por contacto con la piel.

Utilizar guantes y gafas en todo momento. Consultar fichas de seguridad.


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Parte experimental

a. Preparacin de Ag2HgI4

En un vaso de precipitados de 50 mL, disolver 0,2 g de Hg(NO3)2 en 6,5 mL de agua caliente. Aadir

poco a poco una disolucin de KI al 10% hasta que la mayor parte del precipitado rojo-anaranjado

(HgI2) se disuelva y se obtenga una disolucin de K2HgI4 de color amarillo plido. Sobre esta

disolucin se adiciona una solucin de 0,2 g de AgNO3 disueltos en 3 mL de agua, luego se calienta

lentamente evitando la ebullicin y se deja reposar unos minutos.

Para aislar el Ag2HgI4 obtenido, decantar la mayor parte de la disolucin sobrenadante y filtrar la

solucin con un embudo Bchner. Secar el slido (amarillo) a vaco o en una estufa a 50 C.

b. Preparacin de Cu2HgI4

En una solucin de K2HgI4 preparada como en el apartado a) se disuelven 0,2 g de Na2SO3. A

continuacin se aade, lentamente y con agitacin, una disolucin de CuSO4.5H2O preparada

disolviendo 0,3 g en 4 mL de agua. Calentar sin dejar ebullir y dejar reposar unos minutos. Para

aislar el Cu2HgI4 obtenido, se decantar la mayor parte de la disolucin sobrenadante y filtrar la

disolucin con un embudo Bchner. Secar el slido (rojo) a vaco o en una estufa a 50 C.

c. Ensayos complementarios

La sal Ag2HgI4 cambia el color de amarillo a anaranjado a 50 C y la sal Cu2HgI4 cambia de rojo a

prpura-negro a 67 C. Ambos cambios son bastante evidentes.

Para comprobar esto, extienda un poco del slido correspondiente en el extremo de una tira papel

de filtro y caliente muy suavemente sobre una placa de calentamiento.

Bibliografa

D.F. Shriver, P.W Atkins, C.H. Langord, Qumica Inorgnica, Revert, Barcelona, 1998.

A.F. Wells, Qumica Inorgnica Estructural, Revert, Barcelona, 1978.

J.H. Day, Chem. Rev. 68, 649, 1968.

M.J.M. Van Oort, J. Chem. Educ. 65, 84, 1988.


INORGNICA


Pgina 44 de 55

J.G. Hughes, J. Chem. Educ. 75, 57, 1998.

W.G. Palmer, Experimental Inorganic Chemistry, University Press, Cambridge, 1954.

http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qinorg/asignaturas/guion_exp_qui_inorg_09_10.

pdf (febrero 16, 2015).


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MODELO DEL INFORME


Prctica N 6. Sntesis de slidos termocrmicos: Cu2HgI4 y Ag2HgI4


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Fecha: __________________

1. Resumen

2. Introduccin

- Los slidos obtenidos presentan una estructura tipo blenda de zinc. Explique y dibuje las dos

formas cristalinas (polimorfos) del ZnS.


4. Resultados

- Escriba todas las reacciones que tienen lugar a cada una de las preparaciones, identificando las

especies que se forman a lo largo del proceso.

- Calcule el rendimiento de los productos obtenidos.

5. Discusin (interpretacin de los resultados, relacin estructura-reactividad)

- Discuta, por qu la reduccin del Cu (II) se realiza in situ?, por qu se aade Na2SO3 en exceso?.

6. Conclusiones

7. Referencias


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PRCTICA N 7

Superconductor de alta temperatura, YBa2Cu3O7-x



Fundamento terico

Un superconductor es una sustancia que conduce la electricidad sin resistencia alguna. Los

primeros superconductores eran metales que perdan la resistencia elctrica al ser enfriados a la

temperatura del He lquido (4,2 K). Sin embargo, J.G. Bednorz y K.A. Muller descubrieron en 1986

(Premio Nobel de Fsica en 1987) una nueva familia de xidos mixtos de cobre que eran

superconductores por encima de 30 K, y las investigaciones posteriores en todo el mundo

condujeron a materiales como YBa2Cu3O7-x que son superconductores a la temperatura del N2

lquido (77 K). Los superconductores son perfectamente diamagnticos por lo que repelen los

campos magnticos y pueden hacer levitar un imn sobre ellos (efecto Meissner).

Objetivo general

Familiarizar a los estudiantes con un material slido de inters por sus propiedades novedosas y

sus posibles aplicaciones tecnolgicas.


Sintetizar el compuesto YBa2Cu3O7-x.

Caracterizar el slido obtenido, utilizando las herramientas analticas disponibles y comprobar

su carcter superconductor por el efecto Meissner.


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Materiales

Balanza

Esptula

Mortero y pistilo

Horno

Crisol de almina

Reactivos

xido de itrio, Y2O3

Carbonato de bario, BaCO3

xido de cobre (II), CuO

Nitrgeno lquido, N2(l)

Los slidos utilizados son nocivos por inhalacin (adems de por ingestin y contacto con la piel)

por lo que debe trabajarse en vitrina y tener cuidado particular de no inhalar los slidos finamente

pulverizados. Mientras el nitrgeno lquido (-196 C) puede producir quemaduras por congelacin.

Parte experimental

a. Sntesis de la perovskita YBa2CuO7

Se colocan en un mortero 0,35 g de Y2O3, 1,3 g de BaCO3 y 0,8 g de CuO. Se macera la mezcla

durante 20 minutos, intensa y cuidadosamente hasta que presente un aspecto muy homogneo. A

partir de sta mezcla se elaboran pastillas, las cuales se llevan a un crisol de almina. Se programa el

horno para calentar el crisol a 930 C durante 16 horas. A continuacin se deja enfriar la muestra

lentamente (en 5 horas y media) hasta alcanzar los 300 C se abre despus el horno y se deja

abierto 30 minutos para que la muestra pueda tomar cantidad necesaria de oxgeno atmosfrico,

alcanzado as la estequiometria deseada (YBa2CuO7-x). Se vuelve a subir la temperatura a 300 C,

dejndolo asi 16 horas. Finalmente se deja enfriar el horno hasta temperatura ambiente y se extrae

el crisol con la muestra.


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Y2O3 + 2 BaCO3 + 3 CuO YBa2Cu3O7-x + (3/4 +x/2) O2 + 2 CO2

b. Estudio estructural

Como los superconductores de alta temperatura tienen una estructura tipo perovskita, es

interesante consultar en la bibliografa su descripcin estructural completa (Figura 1).

Figura 1. Estructura del superconductor cermico YBa2CuO7-x [University of Birmingham].


- Anlisis cualitativo de los iones Ba2+ y Cu2+

Se disuelve 0,5 g de compuesto en 30 mL de HCl 1 M en un vaso de precipitados y se hierve la

disolucin suavemente durante 10 minutos, para que todo el Cu3+ se reduzca a Cu2+ segn la

reaccin:

2 Cu3+(ac) + H2O(l) 2 Cu2+(ac) + O2(g) + 2H+(ac)


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Filtrar si queda algo de residuo slido. A la mitad del filtrado de color azul, se le aade una disolucin

1:1 de H2SO4; precipitar a un slido blanco de BaSO4. A la otra mitad, se le aade una disolucin de

KI que se tornar de color marrn por efecto de la formacin de yodo. Sobre esta mezcla, se aade

una disolucin de Na2S2O3, que provocar su decoloracin.

- Carcter superconductor por el efecto Meissner.

a) Utilizando unas pinzas de plstico, se coloca la pastilla en un recipiente de icopor y, sobre ella, un

pequeo imn. Al aadir cuidadosamente nitrgeno lquido en el recipiente hasta cubrir la pastilla

(Precaucin: Evitar salpicaduras), el imn debera levitar sobre el superconductor.

Al tocarlo suavemente con las pinzas, el imn debera girar. Una vez terminado el ensayo, se deja

evaporar el nitrgeno lquido y alcanzar la temperatura ambiente la pastilla y el imn.

b) Comprobar ahora que cuando se deja caer un polvo fino del superconductor en un vaso dewar

que contiene en el fondo un pequeo imn, cuando aquel esta lleno de N2(l), las partculas del slido

se distribuyen alejndose del campo magntico externo.

Bibliografa

A.B. Ellis, J. Chem. Educ. 64, 836, 1987.

C. Kittel, Introduccin a la Fsica del Estado Slido, Revert, Barcelona, 1995.

D.F. Shirver, P.W. Atkins, C.H. Langford, Qumica Inorgnica, Revert, Barcelona, 1998.

J.E. Huheey, E.A. Keiter, R.L. Keiter, Inorganic Chemistry, Harper Collins, New York, 1993.

C.E. Housecroft, A.G. Sharpe, Qumica Inorgnica. Pearson- Prentice Hall, Edinburgh, 2008.


pdf (marzo 17, 2014).

http://www.cm.ph.bham.ac.uk/research/thinfilms/thinfilms.html (University of Birmingham,

febrero 13, 2015).


INORGNICA


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MODELO DEL INFORME


Prctica N 7. Superconductor de alta temperatura, YBa2Cu3O7-x


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1. Resumen

2. Introduccin

- Consulte la variacin de la conductividad elctrica con la temperatura para un conductor, un

semiconductor y un superconductor.

- Describa la estructura tipo perovskita, e indique el nmero de coordinacin de todos los

elementos.

- Consulte la evolucin desde la estructura de la perovskita hasta la estructura ideal de YBa2Cu3O7-x.

Determine que fraccin de los tomos de Cu est en los estados de oxidacin +2 y +3 en la estructura

ideal de YBa2Cu3O7.


4. Resultados

- Describa el color de la mezcla de slidos antes y despus del calentamiento. Por qu deben

mezclarse completamente los slidos de partida?. Siguen siendo una mezcla despus del

calentamiento?.


6. Conclusiones

7. Referencias


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PRCTICA N 8

Preparacin de una zeolita tipo A



Fundamento terico

Las zeolitas son los ms importantes silicatos de armazn. Se puede definir a una zeolita como un

aluminosilicato con una estructura de armazn que encierra cavidades ocupadas por grandes iones

y molculas de agua, teniendo ambos una considerable libertad de movimiento, lo que permite el

intercambio de iones y la deshidratacin reversible. La armazn consta de una distribucin abierta

(Al, SiO2) de tetraedros que comparten las esquinas, junto con suficientes cationes para asegurar

la electroneutralidad, y muchas molculas de agua para que ocupen las cavidades.

Entre las frmulas de las zeolitas naturales, estn la Ca6Al12Si24072.40H2O, para el mineral chabazita

y Na13Ca11Mg9K2Al55Si1370384.235H2O para la faujasita. Esta ltima da una idea de la extrema

variabilidad de los cationes. Muchas de las zeolitas naturales y algunas de las sintticas, se pueden

producir por sntesis hidrotrmica.

Son unos slidos interesantes no solo por su estructura tan peculiar, sino por sus potenciales

aplicaciones tecnolgicas. Los tres usos principales que tieneno han tenido las zeolitas son como 1)

intercambiadores de iones, b) mallas moleculares, c) catalizadores y soportes catalticos.

La zeolita a sintetizar en esta prctica, es la zeolita A (NaA). Esta material es un slido blanco

cristalino ( = 1,27 g.cm-3) de simetra cbica y de frmula general Na12(AlO2)12(SiO2)12.27H2O.

Donde los iones Na+ se intercambian fcilmente por iones Ca2+ o K+ en disolucin.

Objetivo general

Sintetizar un slido de inters y analizar sus posibles aplicaciones tecnolgicas.


INORGNICA


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Sintetizar el compuesto Na2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O.

Caracterizar el slido obtenido utilizando las herramientas disponibles y comprobar sus

propiedades como intercambiador inico.

Materiales

Balanza

Esptula

Vasos de precipitados de 50 y 100 mL

Probeta de 25 mL


Columna filtrante

Pipetas


Reactivos

Aluminato sdico, NaAlO2

Cloruro de aluminio, AlCl3

Nitrato de aluminio nonahidratado, Al(NO3)3.9H2O

Hidrxido de sodio, NaOH

Metasilicato sdico nonahidratado, Na2SiO3.9H2O

Nitrato de calcio, Ca(NO3)2

cido sulfrico, H2SO4

Cloruro de magnesio, MgCl2

Magnesn II, 4-(4-nitrofenilazo)-1-naftol

Tanto el aluminato como el metasilicato sdicos son bastante inocuos. Mientras el hidrxido de

sodio es peligroso por que ataca fuertemente la piel, las mucosas y los ojos, as que debe manejarse

con gran precaucin.


INORGNICA


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Parte experimental

a. Preparacin de la zeolita A

En un vaso de precipitados de 50 mL, se disuelven 1,1 g de aluminato sdico y 2,1 g de hidrxido de

sodio en 25 mL de agua, bajo agitacin. Luego, la disolucin se calienta a ebullicin y se aade, con

fuerte agitacin, a otra disolucin tambin caliente, de 1,2 g de metasilicato sdico en 15 mL de

agua, utilizando un vaso de 100 mL. La mezcla total se calienta por 30 minutos, formndose un gel-

slido que es separado por centrifugacin.

Finalmente el sistema resultante, se cristaliza a 110 C por 5 horas y se lava con abundante agua,

obtenindose el compuesto Na2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O.


2 NaAlO2 + 2 Na2SiO3.9H2O Na2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O + 4 NaOH + 11,5 H2O

Nota: En caso de no disponer del aluminato de sodio en el laboratorio, este compuesto puede ser

preparado como se describe a continuacin. Se toma la masa correspondiente a 0,0134 moles del

precursor de aluminio (nitrato de aluminio nonahidratado Al(NO3)3.9H2O) y se disuelve en 25 mL

de agua. Dicha disolucin se lleva a pH 11,5 y el slido obtenido se filtra al vaco y se lava con

abundante agua hasta pH neutro para eliminar los nitratos. Luego, este slido se disuelve en

NaOH hasta obtener una solucin transparente.

Otra alternativa, consiste en utilizar AlCl3 como precursor de aluminio y disolver en agua.

Posteriormente, esta disolucin se lleva a pH 4,1-4,2 utilizando una solucin al 20-25% de NaOH

en caliente (cerca de la temperatura de ebullicin). De esta forma, se obtiene el hidrxido de

aluminio, el cual se lava con abundante agua hasta pH neutro y prueba negativa de cloruros.

Luego, este slido se disuelve en NaOH hasta obtener una solucin transparente a un pH altamente

bsico (superior a 13).

b. Estudio estructural

Es interesante revisar el modelo estructural de este tipo zeolita y de la MFI, de las cuales hay una

buena muestra en la bibliografa.


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Figura 1. Las cavidades de la zeolita tipo A pueden albergar hidrocarburos de cadena larga, pero los que poseen cadenas ramificadas son demasiado voluminosas y no pueden entrar en su interior [Universidad Autnoma de Madrid].


- Se prepara una disolucin acuosa diluida de nitrato de calcio al 5% y se hace pasar por una

columna filtrante en la que se han colocado alternadamente 3-4 capas de lana de vidrio y zeolita.

Los iones de Ca2+ deben quedar retenidos por esta, y si sobre el filtrado se aaden unas gotas de

disolucin de H2SO4 al 50%, no debe aparecer ningn precipitado, seal de que la zeolita ha

fucionado como intercambiador inico.

- Se prepara una solucin acuosa diluida de MgCl2 al 5% y se aade sobre ella una porcin de

zeolita. Este slido captura el in Mg2+ y al aadir magnesn II (4-(4-nitrofenilazo)-1-naftol) sobre

la suspensin anterior, no debe aparecer el color azul, caracterstico de la presencia de dicho in.

Por lo cual, se recomienda hacer un blanco, para apreciar mejor el efecto de la zeolita.

Bibliografa

L. Smart, E. Moore, Qumica del Estado Slido, Addison Wesley Iberoamericana, Wilmington,

1995.

J. Garca Martnez, J. Prez Pariente, Materiales Zeolticos: Sntesis, propiedades y aplicaciones,

Universidad de Alicante, Alicante, 2003.

F. Burriel Mart, F. Lucena Conde, S. Arribas Jimeno, J. Hernndez Mndez, Qumica Analtica

Cualitativa, Paraninfo, Madrid, 2008.


pdf (marzo 17, 2014).


INORGNICA


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MODELO DEL INFORME


Prctica N 8. Preparacin de una zeolita tipo A


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Fecha: __________________

1. Resumen

2. Introduccin

- Son las zeolitas materiales naturales?. Mencione ejemplos de las ms comunes.

- Cul es el aspecto ms caracterstico de la estructura de la zeolita?.

- Cite algunas de las posibles aplicaciones de estos materiales.


4. Resultados

- Calcule el rendimiento del producto obtenido.

- Qu es el magnesn II y cul es su funcin?. Escriba las ecuaciones qumicas, relacionadas con

esta prueba complementaria.


6. Conclusiones

7. Referencias

manual practicas de lab. inorganica i uis

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