Oxidación de los metales y propiedades periódicas (pdf)

Química Inorgánica Ramírez Naranjo José Palo

Oxidación de los metales y propiedades periódicas Pregunta a responder al final de la sesión:

¿Cuál de las propiedades periódicas de los elementos varía igual que su tendencia a oxidarse?

Introducción En esta práctica, para poder ordenar a varios metales según su tendencia a oxidarse, es 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, formación de un precipitado, un cambio de color, etcétera.

Procedimiento experimental IMPORTANTE: Debes realizar los experimentos y contestar las preguntas 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 mucho cuidado, aproximadamente 1 mL de agua destilada. Separa el o los tubos en los que hubo reacción y anota a cuál o cuáles metales corresponden: El único tubo en el que hubo reacción corresponde al sodio (Na)

a) En el tubo en el que se observe alguna reacción, acerca rápidamente la boca del tubo a la flama del mechero y anota tus observaciones

b) ¿Qué color tiene el gas que se desprendió? El color del gas es anaranjado

c) Escribe completa y balanceada la ecuación de la reacción que se llevó a cabo:

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2Na(s) + 2H2O→2NaOH(ac ) +H2 ↑ (1)

d) Al tubo donde hubo reacción, añade una gota de indicador universal para confirmar los productos de la reacción. Solución básica, pH≈ 9, color azul intenso, indica la presencia de grupos OH en la disolución se confirma la presencia de NaOH de la reacción 1.

e) Identifica a la especie oxidante: Puesto que el sodio perdió su electrón para formar el catión sodio se dice que se esta oxidando, por tanto la especie oxidante es el agua.

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: El tubo en el que hubo reacción fue el de magnesio (Mg)


a) Escribe completa y balanceada la ecuación de la reacción que tuvo lugar:

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Mg s( ) + 2H2O l( )Δ⎯ → ⎯ Mg OH( )2 ac( )

+H2 ↑ (2)

Adiciona a este último tubo una gota de indicador universal para confirmar los productos de la reacción. Color azul, disolución de pH básico, indica la existencia de iones OH- en disolución acusa, se confirman los productos de reacción.

b).- Identifica a la especie oxidante: El magnesio pierde sus dos electrones de valencia para formar el catión magnesio, por tanto la especie oxidante es el agua.

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:

Hubo reacción en el tubo de contiene Sn, es una reacción lenta, pero se identifica por la formación de burbujas en la interfase sólido-liquido

a).-Escribe completa y balanceada la ecuación de la reacción correspondiente en este caso:

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Sn s( ) + 2HCl ac( ) →SnCl2 ac( ) +H2 ↑ (3)

b).- Establece cuál es la especie oxidante: El estaño se oxida, y forma un catión por tanto la especie oxidante debe de ser el ácido clorhídrico

4.- IMPORTANTE: A los metales que no han reaccionado, elimínales la disolución de ácido clorhídrico que contienen y enjuágalos muy bien con agua destilada, asegurándote que eliminas los iones cloruro por completo. Para esto, cuando consideres que los tubos están libres de 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, hasta que esta prueba dé negativa. Entonces, y sólo hasta entonces, agrégales 1 mL de ácido nítrico concentrado. Calienta ligeramente sobre el mechero.

a).- ¿Qué color presenta el gas que se desprende? Blanco, por momentos amarillo.

b).- ¿Por qué el ácido clorhídrico no oxidó a la plata y el ácido nítrico sí? Porque la reacción de ácido clorhídrico y plata no esta favorecida por los potenciales de reducción es decir no es una reacción espontánea, la reacción con ac nítrico es espontánea y esta favorecida

c).- Escribe completa y balanceada la ecuación de la reacción entre la plata y el ácido nítrico:

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Ag s( ) + 2HNO3 ac( ) →AgNO3 ac( ) +H2O l( ) + NO2 ↑ (4)

d).- Identifica a la especie oxidante: Como la plata se oxida formando el catión Ag+, el ácido nítrico esta actuando como agente oxidante.

NOTA: Coloca los desechos con Ag y Sn en los depósitos correspondientes y devuelve tu trocito de Pt al profesor


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 e al valor más alto.

Energía de Ionización Na 0.4958, Sn 0.7086, Ag 0.7310, Mg 0.7377, Pt 0.87

Electronegatividad Na 0.93, Mg 1.31, Sn 1.80, Ag 1.93, Pt 2.28

Radio Iónico Mg 86, Sn 92, Pt 94, Na 116, Ag 129

4.- Analiza las secuencias obtenidas a partir de las propiedades periódicas que se consideraron. ¿Cuál de estas propiedades varía igual que la tendencia a la oxidación? Electronegatividad

5.- La tendencia a la oxidación se cuantifica mediante el potencial redox (E°). Busca entre los apéndices los valores de E° para los pares Mn+/M°.

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ENa + /Na0 = −2.7109V

EMg 2+ /Mg0 = −2.375V

ESn 2+ / Sn0 = −0.1364V

EAg + /Ag0 = 0.7996V

EPt 2+ /Pt0 =1.2V

6.- Grafica los valores de E° contra los de las propiedades periódicas que consultaste en la pregunta 3. ¿Cuál propiedad da lugar a la mejor correlación? Electronegatividad, el coeficiente R2 es cercano a 1 (ver anexo 1)

7.- ¿Con qué otros cinco metales pudo haberse realizado esta práctica? Calcio, Zirconio, Hierro, Paladio y Oro

8.- Torito: ¿Por qué es tan importante lavar exhaustivamente con agua destilada a los dos últimos metales antes de agregarles ácido nítrico? Puede que al mezclar ácido nítrico los iones nitrato reaccionen con los cloros libres en disolución para formar cloro nitrato, un compuesto que puede reaccionar explosivamente con metales, como la plata que sólida que se tenia en disolución.


9.- Intenta incluir en la mejor gráfica de la pregunta 6, a todos los metales para los cuales encuentres las dos variables. Ver anexo 2

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 clorhídrico y sólo una de ellas reacciona. Di a qué elemento corresponde esta muestra y escribe completa y balanceada la ecuación para la reacción que se lleva a cabo. Reacciona con el Cadmio, de acuerdo con la siguiente reacción

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Cd s( ) + 2HCl ac( ) →CdCl2 ac( ) +H2 ↑ (5)


Anexo 1 Graficas de la pregunta 6

R² = 0,939

0

0,5

1

1,5

2

2,5

-‐3 -‐2 -‐1 0 1 2

Electronegatividad

Potencial

Electronegatividad

R² = 0,018

60

80

100

120

140

-‐3 -‐2 -‐1 0 1 2

R. I.

Potencial

Radio Ionico

R² = 0,547

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-‐3 -‐2 -‐1 0 1 2

E. I.

Potencial

Energía de Ionización


Anexo 2.-‐ Respuesta a la pregunta 9

Elemento Potencial Electronegatividad Li -3.0450 0.98 Ca -2.7600 1.00 Na -2.7109 0.93 Mg -2.3750 1.31 Al -1.6770 1.61 Ti -1.6300 1.54 Mn -1.0290 1.55 Zn -0.7628 1.65 Cr -0.5770 1.66 Cd -0.4026 1.69 Co -0.2800 1.88 Fe -0.0360 1.83 Cu 0.3402 1.90 Ag 0.7996 1.93 Pd 0.8300 2.2 Pt 1.2000 2.28 Au 1.6800 2.54

R² = 0,936

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

-‐4,0000 -‐3,0000 -‐2,0000 -‐1,0000 0,0000 1,0000 2,0000

Electronegatividad

Potencial de Reducción Estandar (V)

Electronegatividad

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