Practica Acidez de Cationes

 

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA

LABORATORIO DE QUÍMICA QUÍMI CA INORGÁNICA INORGÁN ICA

PRÁCTICA 7: ÁCIDEZ DE CATIONES

PROFESORA: ANA LAURA MALDONADO

GRUPO 3

ROJAS ANGELES ÁFRICA SIQUEM

REYES MALDONADO CÉSAR

 

Resumen.

El pH es una medida de acidez o basicidad de una solución. Siendo el pH el cálculo del  logari log aritmo tmo ne negat gativo ivo de la concen concentra tració ción n de iones iones hidróg hidrógeno eno en la su susta stanci ncia, a, a mayor  mayor  concentración de iones hidrógeno, mayor acidez, pero menor valor de pH, ya que se define como el menos logaritmo de la concentración de cationes H + . Así mismo, Lewis definió a los ácidos como especies capaces de aceptar un par compartido de electrones y una base como una especie capaz de donar un par de electrones. Pero en esta práctica veremos los factores que afectan a la acidez de los cationes ( radio atómico, carga y electronegatividad electronegatividad), ), mediante la preparación de disoluciones disoluciones con distintos distintos cationes y la la determinación determinación de su pH  y observar algún patrón en que tan ácida es una sustancia Palabras clave: pH, acidez, basicidad, radio atómico, carga y electronegatividad.

Summary 

The pH is a measure of acidity or basicity of a solution. Being the pH the calculation of the negative logarithm of the concentration of hydrogen ions in the substance, the higher the concentration of hydrogen ions, the higher the acidity, but the lower the pH value, since it is defined as the minus logarithm of the concentration of H+ cations. Likewise, Lewis defined  acids as species capable of accepting a shared pair of electrons and a base as a species capable of donating a pair of electrons. But in this practice we will see the factors that affect  the acidity of cations (atomic radius, charge and electronegativity), by preparing solutions with different cations and determining their pH and observe some pattern in how acidic a substance is. Key words: pH, acidity, basicity, atomic radius, charge and electronegativity.

 

Introducción: El pH es una medida de acidez o basicidad de una solución. Siendo el pH la concentración de iones hidrógeno en la sustancia. El término significa potencial de hidrógeno y se define como el logaritmo negativo en base 10 de la concentración de cationes.La razon del porqué se usa el menos logaritmo es porque de esa forma se evita el manejo de cifras significativas complejas manejando así una escala de 0 a 14 donde el 7 es el término neutro.  Algo importante importante sobre este cálculo cálculo es que que el logaritmo logaritmo negativo invierte invierte el orden, orden, es decir, decir, a + mayor concentración de [H ], la acidez aumenta, aumenta, pero el valor de pH pH disminuye. disminuye.

 A lo largo de la historia historia se han han creado y comprobado comprobado teorías teorías con las que que podemos explicar  explicar  el fenómeno de pH: Arrhenius, Bronsted Lowry y Lewis. Svante Arrhenius definió a los ácidos como sustancias que se ionizan en agua para formar  iones H+ y las bases como sustancias que se ionizan en agua para formar iones OH-. Por  ejemplo, uno de los ácido más usados en el lab es el HCl:

 Así mismo, su teoría teoría establece que que al mezclar mezclar un ácido y una una base, obtendremos obtendremos como como producto una sal y agua:

 

Las definiciones de Arrhenius son limitadas en el sentido de que solo se aplican a las disoluciones acuosas por lo cual en 1932 Johannes Bronsted definió un ácido como un donador de protones y una base como un aceptor de protones. Si comparamos esta definición con la de Arrhenius, los ácidos liberan iones H + son los ácidos de Bronsted Lowry que son donadores de protones (H+). Por otro lado, la teoría de Lewis aprovecha el mismo concepto del octeto del mismo lewis, por lo que un ácido es aquel que puede aceptar en forma compartida un par de electrones y una base es aquella que puede compartir o donar un par de electrones.Esta es la definición que nos interesa para poder estudiar los factores que afectan a la acidez de una sustancia en función de sus interacciones. Los átomos de elementos metálicos en general poseen un radio atómico grande en relación a su carga nuclear efectiva por lo cual tienen tendencia a perder uno o más electrones de su capa de valencia, es decir forman cationes con un menor radio iónico. Un aumento en la relación carga radio significa una disminución de la estabilidad. En general los cationes metálicos poseen una relación carga-radio elevada por lo que rápidamente interactúan con otros iones, átomos o moléculas para adquirir una mayor estabilidad electrónica y debido a que en el proceso se aceptan o donan electrones, se les confiere propiedades ácidas o básicas dependiendo del medio en que reaccionen.Pero no solo afecta el tamaño y la carga, sino que tomando en cuenta la definición de Lewis, a mayor electronegatividad, mayor será la fuerza con la que un átomo desprende electrones de otro, generando una base.

Hipótesis Si a mayor carga y electronegatividad; electronegat ividad; así como menor radio atómico, mayor es la acidez; entonces las sustancias con cationes que se encuentren más a la derecha y arriba de la tabla periódica, serán más ácidos y al determinar su pH con indicador universal, se tornara de colores que van del naranja al rojo. Por ejemplo, en la primera parte los cationes Li+, Mg2+, La3+ y Zr 4+, el que tendrá tendrá una acidez acidez mayor será el Zr 4+ ya que es el que se encuentra más a la derecha y arriba de la tabla periódica. Por otro lado, con los cationes K +, Zn2+, Al3+ y Sn4+, el Sn4+ será el que tiene mayor mayor carácter ácido por estar de igual manera manera más a la derecha y arriba de la tabla periódica. Por otro lado, al determinar el pH en el cual se observa un precipitado, el catión que será más ácido es el de Sn4+ debido a que naturalmente naturalmente es más ácido por ser más electronegativo.

 

Reactivos y Material de laboratorio. LiCl 0.05M

SnCl4 0.05M

La(NO3)3 6(H2O, ) 0.1M

ZrCl4 0.02M

KCl 0.05M

ZnCl2 0.15M

Al(NO3)3 9(H2O) 0.05M

NaOH 1M y 3M

FeCl3 0.02M

BiCl3 0.05M

MgCl2 6(H2O) 0.05M

25 Tubos de ensaye 15x150mm

Pipeta(s)

Métodos. Primeramente se prepararon en tubos de ensayo disoluciones de sustancias con los cationes Li+, Mg2+, La3+ y Zr 4+, para después con ayuda del indicador indicador universal universal determinar  2+ 3+ su pH. Así mismo, se realizó lo mismo con los cationes K +, Zn , Al y Sn4+. Después se prepararon las disoluciones de La3+,Al3+ Zr 4+ y Sn4+; y se les agregó NaOH 1M hasta observar un precipitado, para poder determinar su pH con indicador universal. En otros tubos se realizó las disoluciones de Li +,K+ Mg2+ y Zn2 ; y se le agregó NaOH 3M. ,

Por otro lado se realizaron las disoluciones de Li+, Na+, K+ y Ag Ag + ; y se les agregó gota a gota NaOH 1M hasta 1mL. Finalmente, en otros tubos se prepararon disoluciones de Mg2+, Zn2+, Pb2+ y Hg2+ ; y como Finalmente,en en el punto 2, se le agregó NaOH 1M hasta observar precipitado y obtuvimo su pH con indicador universal.

Resultados.

Tabla 1. pH de precipitación Catión

pH de su disolución

Li+

7

Mg2+

6

La3+

5

Zr 4+

4

Se compara el color de cada disolución con el patrón visual para determinar su pH.

Tabla 1. pH de precipitación Catión

pH de su disolución

K+

6

2+

Zn

6

 

 Al3+

5

Sn4+

3

Tabla 3. pH de pre precipitación cipitación a diferente molaridad ccon on hidróxidos. Disolución NaOH 1M Catión

pH de precipitación

La3+

7

 Al3+

5

Zr 4+

4

Sn4+

3

Tabla 4. pH de pre precipitación cipitación a diferente molaridad ccon on hidróxidos. Disolución NaOH 3M Catión

pH de precipitación

Li+

12

K+

10 2+

Mg Zn2+

9 7

Los cationes de mayor  fuerza ácida, ácida, precipitan a valores de pH más bajos.

Tabla 5. Precipitación de cationes en reacción con Hidróxido. ¿Precipitó?

Catión 2mL de Li +

+

1mL deNaOH

No

2mL de Na +

+

1mL deNaOH

No

2mL de K 2+

+

1mL deNaOH

No

2mL de Ag 2+

+

1mL deNaOH

Si

El único que precipitó fue fue la sustancia con el catión Ag+, a pesar de que el radio y la carga influyen, el factor determinante fue la electronegatividad, siendo el Ag- el más electronegativo de la lista anterior, éste ion en comparación con los otros cationes monovalentes tiene una acidez mayor.

Tabla 6. Precipitación de cationes trivalentes Cationes

pH de precipitación

La3+

7

 Al3+

5

Fe3+

4

 

Bi3+

2

 Al tener menor menor electronegatividad electronegatividad se vuelve vuelve más difícil difícil la precipitación. precipitación. Por esta razón razón se supuso que el lantano no precipitaba (tiene menor electronegatividad que los demás cationes el grupo)

Tabla 7. pH de pre precipitación cipitación de cationes divalentes con hidróxido. Disolución NaOH 1M Cationes

pH de precipitación

Mg2+

7

Zn2+

5

Pb2+

4

Hg2+

2

Tabla 8. pH de pre precipitación cipitación con cationes trivalentes con hidróxido. Disolución NaOH 1M Cationes

pH de precipitación

La3+

7

 Al3+

5

Fe3+

4

Bi3+

2

Tabla 9. Clasificación de cationes. Se realizó un tabla en donde se observa todos los cationes trabajados en ésta práctica divididos en cinco categorías según su carácter ácido, usando como criterio el pH de precipitación; se ubican según su carga y posición en la tabla periódica.

Cate teg goría (pH de

Ejemplos observados

Tipo de cationes

precipitación)

durante la práctica

(carga y periódica) bloque de la tabla

Cationes no ácidos (pH>14) Cationes muy débilmente ácidos (12