Oxidación de Los Metales y Propiedades Periódicas

 

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

Semestre 2023-1

 

DEPARTAMENTO QUÍMICA INORGÁNICA Y DE NUCLEAR 

Laboratorio de Química Inorgánica I REPORTE PRÁCTICA 1:  Oxidación de los metales y propiedades periódicas Equipo:Javier  Quintero Luján Brayan Ramírez Mendiola Mariel Montserrat Grupo: 42 Profesor: Luis Felipe Hernández Ayala

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Pregunta a responder al final de la sesión: ¿Cuál de las propiedades periódicas de los elementos varía igual que su tendencia a oxidarse?



OBJETIVO(S) ACADÉMICO(S)

Que el alumno reconozca las propiedades periódicas y su relación con la oxidación de un metal, mediante la observación y comparación de la reactividad de los metales.

Introducción En esta práctica, para poder ordenar a varios metales metales según su tendencia tendencia a oxidarse, oxidarse, es necesario necesario que seas capaz de distinguir claramente cuando sí hay reacción y cuando no la hay. Entre los fenómenos más comunes que ponen en evidencia que se está efectuando una reacción están: generación de  burbujas que indican que se está produciendo un gas gas,, formación de un precipitado, un cambio de color, etcétera. 

REACTIVOS

Indicador universal Ácido clorhídrico (HCl) concentrado Ácido nítrico (HNO3) concentrado Agua destilada  Nitrato de plata (AgNO3) *Ver Apéndice II 

EQUIPO

Material por equipo Pipeta volumétrica 1 mL Tubo de ensaye 13x100 Gradilla Mechero bunsen

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Sodio (Na) Magnesio (Mg) Estaño (Sn) Plata (Ag) Platino (Pt)

1 5 1 1

Piseta de agua Espátula Pinza para tubo de ensaye

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1 1 2

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DESARROLLO EXPERIMENTAL Y CUESTIONARIO



 IMPORTANTE: Debes realizar los experimentos  IMPORTANTE: experimentos y contestar las pregunta preguntass en el orden en que aparecen en el texto.

Tienes frente a ti cinco tubos de ensaye, conteniendo cada uno un trocito de un metal diferente (plata, platino, estaño, sodio y magnesio) y vas a probar su reactividad con respecto a su tendencia a oxidarse. 1.- A cada uno de los cinco tubos añade, con co n mu much cho o cu cuid idad ado o, aproximadamente 1 mL de agua destilada. Separa el o los tubos en los que hubo reacción y anota a cuál o cuáles metales corresponden: reaccionó Na  a) En el tubo en el que se observe alguna reacción, acerca   rápida ráp idament mentee la boca del tubo a la flama del mechero y anota tus observaciones Fue una llama se hizo naranja/rojiza.  b) Bl Blan anco c) color or tiene eelyl gas que ada se despren desprendió? dió? de d) ¿Qué Escribe Escribcol e completa balance balanceada la ecuación lacoreacción que se llevó a cabo  Na( g) + H 2 O( l) → H 2 ( g) + NaO H (ac )

e) Al tubo donde hubo reacci reacción, ón, añade una gota de indicador indicador universal para conf confirmar irmar los productos product os de la reacc reacción. ión. Debido a que hay presencia de grupos OH como se muestra en la ecuación y es de color azul, se puede saber que la reacción es básica. f) Identif Identifica ica a la es especi peciee oxidante oxidante::  H  O 2

2.- A los tubos en los que no ha habido reacción, caliéntalos suavemente con el mechero. Selecciona el o los tubos en los que observaste algún cambio y toma nota del metal o metales de que se tratan: reaccionó Mg  a) Escribe ccomple ompleta ta y balanceada balanceada llaa ecuación ecuación de la re reacción acción q que ue tuvo lu lugar: gar:  Mg + 2 H 2 O(l ) → H 2 ( g )+ Mg ¿

Adiciona a este último tubo una gota de indicador universal para confirmar los productos de la reacción. Sucede lo mismo con la reacción anterior, al haber presencia de OH y que sea de color azul, es una reacción básica. b) OMPP

Ide Identif ntifica ica a la especie especie oxidan oxidante: te:  H  O 2

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3.- A cada uno de los tubos en los que no ha habido reacción, deséchales el agua y agrégales con cuidado unas gotas de ácido clorhídrico concentrado. Aparta el o los tubos en los que sí hubo reacción y registra tus observaciones: reaccionó Sn  a) Escribe co completa mpleta y ba balancea lanceada da la ecuación ecuación de la reacci reacción ón correspo correspondiente ndiente een n este caso: Sn( g) + 2 H Cl ( l) → H 2 ( g) + SnCl ( ac )

b) Esta Estable blece ce cuá cuáll es la es espec pecie ie oxidant oxidante: e: 

+

es decir, el protón. 

4.-  IMPO  IMPORTAN RTANTE: TE: A los metales metales que no han reaccionado, reaccionado, elimína elimínales les la disolución disolución de ácido asegurándote que eliminas los clorh ídrico clorhídric o que contienen y enjuágalos enjuágal os muy bien con agua destila destilada da , asegurándote io ione ness clor cl orur uro o  por completo. completo. Para esto, cuando consideres consideres que los tubos están libres de cloruros, cloruros, agrega un poco de agua destilada y una gota de disolución de nitrato de plata. Si aparece una turbidez, vuelve a lavar con agua destilada, destilada, hasta que esta prueba dé negativa. Entonces, y sólo hasta hast a entonce entonces, s, agrégale agrégaless 1 mL de ácido ácido nítrico nítrico concent concentrado rado.. Cali Calienta enta ligeramen ligeramente te sobre sobre el  mechero.

a). - ¿Qué color presenta el gas que se desprende? Marrón b). - ¿Por qué el ácido clorhídrico no oxidó a la plata y el ácido nítrico sí? Por el potencial de reducción del ácido clorhídrico. c). - Escribe completa y balanceada la ecuación de la reacción entre la plata y el ácido nítrico:  Ag(s )+ 2 H NO3( ac ) → Ag NO3( ac )+ NO2 ( g) + H 2 O( l)

d). - Identifica a la especie oxidante: NO -3  NOTA: Coloca los desechos con Ag y Sn en los depósitos correspondientes correspondientes y devuelve devuelve tu trocito de  Pt al profesor  profesor 

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Análisis global de los resultados 1.- Ordena los cinco elementos estudiados, del más fácilmente oxidable al más resistente a la oxidación: Na, Mg, Sn, Ag, Pt. 2.-Dispón a estos metales, del reductor más fuerte al reductor más débil:  Na, Mg, Sn, Ag, Pt. 3.- Consulta en las tablas de los apéndices de este manual los valores de algunas de sus propiedades periódicas (energía de ionización, electronegatividad y radio iónico); posteriormente elabora una ordenación elemental para cada propiedad, del valor más bajo al valor más alto. Nivel Energía de El Elec ectr tron oneg egat atiivida vidad d Rad adio io IIón óniico Más Bajo Ionización Va aumentando 5to  Na 0.4958 Na 0.93 Mg 86 4to Sn 0.7086 Mg 1.31 Sn 92 3er Ag 0.7310 Sn 1.80 Pt 94 2do Mg 0.7377 Ag 1.93 Na 116 Más Alto 1ro Pt 0.87 Pt 2.28 Ag 129

4.- Analiza las secuencias obtenidas a partir de las propiedades periódicas que se consideraron. ¿Cuál de estas prop propiedade iedadess varía ig igual ual que la tendenci tendenciaa aa la oxidaci oxidación? ón? La electronegatividad. 5.- La tendencia a la oxidación se cuantifica mediante el potencial rédox (E°). Busca entre los apéndices los valores de E° para los pares Mn+/M°. E0(V) Pares Mn+/M0. -2.7109  Na+/Na0 -2.375 Mg2+/Mg0 2+

0

-0.1364 0.7996 1.2

Sn +/Ag /Sn0 Ag Pt2+/Pt0

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6.- Grafica los valores de E° contra los de las propiedades periódicas que consultaste en la pregunta E0 (V) Vs Electronegavidad , [VALOR DE X], [VALOR DE Y] f(x) = 3.28571832479237 x − 6.0659752359074 R² = 0.939159532190798 , [VALOR DE X], [VALOR DE

1.5 1 0.5

, [VALOR DE X], [VALOR DE

Y]

0 0.8

1

1.2

1.4

1.6

Y]

1.8

2

2.2

2.4

   ) -0.5    V    ( -1    0    E

-1.5 -2 DE X], [VALOR DE , [VALOR Y] -2.5

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y]

-3

Na+/Na0

-2.7109

Mg2+/Mg0 Sn2+/Sn0 Ag+/Ag0 Pt2+/Pt0

-2.375 -0.1364 0.7996 1.2

Electronegavidad

E0 (V) Vs Radio Iónico 1.5, [VALOR DE X], [VALOR DE Y] 1

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y]

0.5

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y] 080 90 10 0 11 0 12 0    ) -0.5 f(x) = 0.0134155032953865 x − 2.03170304074296    V    ( R² = 0.018470101655704    0 -1    E

13 0

-1.5 , [VALOR DE X], [VALOR DE -2 Y]

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y]

-2.5 -3

Na+/Na0 Mg2+/Mg0 Sn2+/Sn0 Ag+/Ag0 Pt2+/Pt0

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Radio Iónico

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1 40

 

E0 (V) Vs Energía de Ionización 1.5 1

, [VALOR DE X], [VALOR DE , [VALOR DE X], [VALOR DE Y] Y] f(x) = 10.8807265883247 x − 8.35484047501865 R² = 0.661384304928841

0.5 0 0.45

0.5

0. 55

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y] 0.6 0.65 0. 7 0.75

0.8

0. 85

0.9

   )    V -0.5    (    0 -1    E

-1.5

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y]

-2 , [VALOR DE X], [VALOR DE Y] -2.5 -3

Na+/Na0 Mg2+/Mg0 Sn2+/Sn0 Ag+/Ag0 Pt2+/Pt0

-2.7109 -2.375 -0.1364 0.7996 1.2

Energía de Ionización

E° (V) Vs Af Afnidad nidad Electrónica Ev

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y] f(x) = 2.03127835926239 x − 2.71197511405726 R² = 0.81813819956838

1.5 1

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y]

0.5 0

0

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y] 0.5 1

1.5

2

   ) -0.5    V    (    0 -1    E

X], [VALOR DE -1.5 , [VALOR DE Y] -2

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y]

-2.5 -3

Na+/Na0 Mg2+/Mg0 Sn2+/Sn0 Ag+/Ag0 Pt2+/Pt0

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Afnidad Electrónica

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2. 5

 

3. ¿Cuál propiedad da lugar a la mejor correlación? Con la electronegatividad. 7.- ¿Con qué otros cinco metales pudieron haberse realizado esta práctica?  Li, Be, Ni, Cd y Pb. 8.- Torito: ¿Por qué es tan importante lavar exhaustivamente con agua destilada a los dos últimos metales antes de agregarles ácido nítrico? Porque si hay residuos de HCl puede reaccionar con el HNO 3 y esto generaría cloro nitrato, lo que conlleva a que este sea un producto líquido muy corrosivo. 9.- Intenta incluir en la mejor gráfica de la pregunta 6, a todos los metales para los cuales encuentres las dos variables. E° (v) Vs Electronegavida Electronegavidad d 1.5 1 0.5 0 0 .8 -0.5    )   v    (    0    E

-1

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y] , [VALOR DE X], [VALOR DE f(x) = 2.72895997781192 x − 5.35085332358936 Y] R² = 0.85153581275687 0.851535812756873 3 , [VALOR DE X], [VALOR DE Y] 1

1 .2

, [VALOR DE Y] X], [VALOR DE 1 .4 1.6 1.8

2

2 .2

2 .4

2 .6

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y] , [VALOR DE X], [VALOR DE Y] , [VALOR DE X], [VALOR DE Y]

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y]

-1.5 , [VALOR -2 DE X], [VALOR DE Y] -2.5 -3

, [VALOR DE X], [VALOR DE Y]

-3.5   Electronegavidad

Pregunta adicional: 10.- Se tienen dos muestras, una de cobre (Eº = 0.34 V) y otra de cadmio (Eº = -0.40 V). A las dos se les añade ácido clorhíd clorhídrico rico y sólo una de ellas reacci reacciona. ona. Di a qué elemento correspo corresponde nde esta muestra y escribe completa y balanceada la ecuación para la reacción que se lleva a cabo. El cadmio ya que su potenci potencial al de reducción reducción es menor al del H  +/H2 y la ecuación balanceada de su reacción sería: Cd (s )+ 2 HCl( ac ) →CdCl 2 (ac ) + H 2 ( g)

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Conclusiones /Aprendizaje: /Aprendizaje: Mariel: En conclu conclusió sión, n, se pudo pudo obs observ ervar ar que la electr electrone onega gavi vida dad d es propor proporcio ciona nall a la tenden tendencia cia de oxidación y de aquí se puede demostrar que las propiedades periódicas nos ayudan a predecir de cierta forma los comportamientos de las reacciones redox, ya sea que estas cambien de estado sico, color o cambio notorio como el burbujeo por reacción y no por calentamiento.

Javier: Analizando la relación entre entre datos teóricos y los datos que tuvimos experimentalmente experimentalmente pude deducir deducir las propiedades periódicas que manenen relevancia en las reacciones redox; siendo estas la energía de ionización y electronegavidad, electronegavidad, puesto que se puede corroborar mediante el coeciente de determinación obteniendo valores muy buenos, buenos, en especial la electronegavidad.  Concluyendo así que la electronegavidad es una cualidad de los átomos que estos mantendrán para generar un enlace con ciertos elementos .

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Referencias bibliográficas 1.

 Periodic table table - ptable ptable.. (s/f). Ptable.com. Recuperado Recuperado el 29 de agosto de 2022, de

https://ptable.com/#Pr https://pta ble.com/#Propiedades/Ser opiedades/Serie ie

2. Rayne aynerr-Ca Canh nham am,, G. Química Inorgánica Descriptiva , Pearson Educación, México 2000. ISBN 968- 444-385-4. 3. Ho Hous usec ecro roft ft,, C. E. E.;; Sha Sharp rpe, e, A. G G.. Química Inorgánica, 2ª Edición, Pearson Educación, México, 2006. ISBN 9788420548470. 4. Wulfsberg, Wulfsberg, G. Princi Principles ples of Descri Descriptive ptive Inorg Inorganic anic Chemi Chemistry. stry. Unive University rsity Science Science Books, Mill Mill Valley, California, 1991. 5. At Atki kins, ns, P.; Overt Overton one, e, T.; Rou Rourke rke,, J.; Wel Welle ler, r, M. Química Inorgánica, 4ª Edición, McGraw Hill, México, 2008. ISBN 970106531x.

Apéndice II: Preparación de reactivos Los reactivos calidad R.A.se usan sin diluir se requieren concentrados.

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Apéndice III: Disposición de residuos

OXIDACIÓN DE LOS METALES Y PROPIEDADES PERIÓDICAS. (OMPP) Diagrama ecológico para el manejo de residuos Na, Mg, Sn, Ag, Pt Añadir agua

El tubo color azul conene NaOH.

Mg, Sn, Ag, Pt Calentar los tubos

D1OMPP  El tubo de color azul conene Mg(OH)2.

Sn, Ag, Pt

Desechar el agua y añadir HClconc El tubo que reacciona conene SnCl2 más HClconc.

Ag, Pt

Desechar el HClconc, lavar  varias veces con H2O Añadir HNO3 concentrado y separar el tubo que reacciona calentando calentan do hasta su completa disolución.

El tubo que reacciona conene AgNO3 más HNO3 conc

D2OMPP  Pt

Juntar el HNO3 conc que se separó, con los desechos del lavado de Pt. Este desecho contiene plata

Separar con todo cuidado el Pt de la disolución y lavarlo varias veces con H2O.

Pt

Recomendaciones: OMPP

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1) El rresi esiduo duo D1OMPP Son residuos que contienen especies químicas que por sus características, no representan un daño a la salud. Se hace referencia a especies como Na+, K +, Zn2+, NO -, CO 2-, Cl-, 3 3 etcétera. Este grupo de residuos requiere solamente ser neutralizado y desechado a la tarja. El pH se mide con un potenciómetro (pH´metro) y debe estar entre 6 y 8.. Al residuo D2OMPP se neutralizará, se satura con NaCl y recuperará el sólido formadoAgCl) por filtración. El sólido se someterá a un proceso para utilizarlo nuevamente en el laboratorio.

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