Acidez de los cationes metálicos Pregunta a responder al final de la sesión: ¿Cuáles son las propiedades de un ion metálico que influyen en su fuerza ácida y cómo varía ésta en función de dichas propiedades? Procedimiento experimental Paso 1.- IMPORTANTE: Los tubos deben estar limpios. Enjuágalos con agua destilada. Añade después a cada uno de cuatro tubos 1 mL de agua destilada y una gota de indicador universal. Si el color en los cuatro no es igual, desecha el contenido de todos, enjuágalos de nuevo y repite la operación hasta que observes el mismo color en los cuatro. A cada tubo con agua e indicador, agrega 2 mL de disolución de uno de los siguientes cationes: + Li , Mg2+, La3+, Zr4+ (los aniones son cloruros o nitratos, que no poseen propiedades ácido-base detectables). a) Compara el color de cada disolución con el patrón visual proporcionado por tu profesor y anota el pH correspondiente: Catión Li+ Mg2+ La3+ Zr4+ pH de su disolución OPCIONAL: Repite el experimento anterior utilizando ahora los cationes siguientes: K+, Zn2+, Al3+ y Sn4+. Anota tus resultados. Catión K+ Zn2+ Al3+ Sn4+ pH de su disolución b) Elabora una hipótesis acerca de cuál crees que es el factor responsable de las variaciones observadas en la acidez: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ADC 2016-II Página 1 c) Considerando que un ion metálico (M) en disolución acuosa está en la forma [M(H 2O)6]n+, escribe los productos de la reacción de hidrólisis (que es la que da lugar a la acidez del catión): [M(H2O)6]n+ ____________________________________________________ NOTA: debes escribir correctamente esta reacción antes de seguir adelante. Paso 2.- Ahora determinarás el pH de precipitación de los hidróxidos de estos cationes. Nuevamente asegúrate de que los tubos que vayas a emplear estén perfectamente limpios. Enjuágalos varias veces con agua destilada. Inicia las pruebas con los cationes que mostraron mayor fuerza ácida. Para cada ion procede así: coloca 2 mL de la disolución del catión en un tubo de ensaye; añade, gota a gota, un pequeño volumen de disolución de NaOH 1M y agita después de cada adición. Después de agregar cierta cantidad de NaOH se formará un precipitado o se observará una turbidez. Si desaparecen al agitar, añade otra gota de NaOH. Repite estas dos últimas acciones (adición de base y agitación) hasta que el precipitado ya no se redisuelva o la turbidez persista. Agrega entonces una gota de indicador universal y toma nota del pH de precipitación del catión. Continúa tus experimentos con los iones metálicos menos ácidos, utilizando esta vez NaOH 3M. Catión Li+ K+ Mg2+ Zn2+ La3+ Al3+ Zr4+ Sn4+ pH de precipitación NOTA: hay algunos cationes que no precipitan como hidróxidos aun por arriba de pH=14. a) Completa el siguiente enunciado: Los cationes de ______________(mayor o menor) fuerza ácida, precipitan a valores de pH más ______________ (altos o bajos). Paso 3.- Una vez más, cuida que los tubos a utilizar se encuentren limpios y que hayan sido enjuagados con agua destilada. A cada tubo agrega 2 mL de disolución de uno de los siguientes cationes: Li+, Na+, K+, Ag+. Posteriormente añade, gota a gota, NaOH 1M, hasta 1mL. a) Menciona cuál de estos iones precipitó: _____________________________________ b) Consulta la tabla periódica y elabora una hipótesis acerca de cuál piensas que es la propiedad que lo hace tan distinto: ___________________________________________ ADC 2016-II Página 2 ________________________________________________________________________ c) ¿Cómo es la acidez de este ion en comparación con los otros cationes monovalentes? ________________________________________________________________________ Paso 4.- Lava y enjuaga con agua destilada cuatro tubos de ensaye. Coloca en cada uno 2 mL de disolución de Mg2+, Zn2+, Pb2+,,Hg2+. Determina el pH de precipitación de estos cationes siguiendo los pasos del punto 2 (utiliza NaOH 1M). Catión Mg2+ Zn2+ Pb2+ Hg2+ pH de precipitación a) Revisa la tabla periódica y relaciona la propiedad propuesta en el inciso 3b con el pH de precipitación y, en consecuencia, con la fuerza ácida de estos cationes: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ b) Por lo tanto, ¿en qué orden precipitarán los iones Fe 3+, Al3+, Bi3+ y La3+ en función del pH?: ___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Confirma tu predicción repitiendo el procedimiento del inciso 2 con estos cationes trivalentes. Catión pH de precipitación La3+ Al3+ Fe3+ Bi3+ En conclusión: ¿Cuáles son las propiedades de un ion metálico que influyen en su fuerza ácida y cómo varía ésta en función de dichas propiedades? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Ejercicios para resolver al terminar la sesión 1.- Divide a todos los cationes en cinco categorías según su carácter ácido, usando como criterio el pH de precipitación; luego ubícalos en cada categoría según su carga y posición en la tabla periódica. ADC 2016-II Página 3 Categoría (pH de precipitación) Ejemplos observados durante la práctica Tipo de cationes (carga y bloque de la tabla periódica) Cationes no ácidos (pH>14) Cationes muy débilmente ácidos (12<pH<14) Cationes débilmente ácidos (8<pH<12) Cationes moderadamente ácidos (3<pH<8) Cationes muy ácidos (pH<3) 2.- Usando como primer criterio la carga y como segundo la electronegatividad, ordena a los siguientes cationes en orden de fuerza ácida creciente : Cr3+, Al3+, Li+, Tl+, Ce4+, Ti4+, Mn2+, K+, Ca2+, Y3+ y Fe2+. ADC 2016-II Página 4 Acidez de los cationes metálicos. (ADC) Diagrama ecológico para el manejo de residuo Añadir a cada tubo disoluciones de Li+, Mg2+, La3+ Zr4+ Añadir a cada tubo disoluciones de Sn4+, Al3+, Zn2+ K+ Añadir a cada tubo disoluciones de Li+, Na+, K+ Ag+ Añadir a cada tubo disoluciones de Mg2+, Zn2+, Pb2+, Hg2+ Añadir a cada tubo disoluciones Fe3+, Al3+, Bi3+, La3+ Añadir gota a gota NaOH 1 M hasta la formación de un sólido Li+, K+, Zn2+, Al3+ Mg2+ La3+ Zr4+ Sn4+ Ag+ Pb2+ Hg2+ Fe3+ Bi3+ D1ACM D2ACM D3ACM D4ACM D5ACM D6ACM D7ACM D8ACM D9ACM Recomendaciones: 1) Al residuo D1ACM se debe verificar el pH y neutralizar hasta pH= 6 ó 7 con HCl o NaOH según sea el caso. La mezcla neutralizada se puede desechar a la tarja. 2) Los residuos (D2ACM, D3ACM, D4ACM, D6ACM, D7ACM, D8ACM y D9ACM) se someterán a un proceso posterior para su desecho, evita contaminarlos. 3) El residuo D5ACM se neutralizará y recuperará el sólido formado por filtración. El sólido se someterá a un proceso para utilizarlo nuevamente en el laboratorio. Evita contaminarlo. Elaboró Dr. Víctor Manuel Ugalde Daniela González Ramírez ADC 2016-II Página 5 TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS IA VIII A 1 1 18 IIA 2 H Hidrógeno 2.2 3 4 Li +1 90 III A 13 5 Be +2 59 0.98 1.57 IV A 14 6 B +3 41 7 C +4 30 12 Na Mg +1 116 +2 86 0.93 1.31 19 20 K +1 152 Ca +2 114 0.82 III B 3 21 22 Sc +3 88 1.00 IV B 4 V B VI B 5 6 23 Ti +2 100 +3 81 24 V +2 93 +3 78 1.36 25 Cr +2 94 +3 75 1.63 VII B VIII 7 8 26 Mn +2 97 +3 78 1.66 27 Fe +2 92 +3 78 1.55 VIII 9 Co +2 88 +3 75 1.83 VIII 10 28 29 Ni +2 83 1.88 IB 11 Cu +1 91 +2 87 1.91 II B 12 30 Zn +2 88 1.90 13 Al +3 67 +4 1.61 31 32 Ga +3 76 1.65 Si 9 O 3.04 15 P 54 1.9 Ge +2 87 +4 67 1.81 8 N 2.55 14 VI A VII A 16 17 F 2 He 10 Ne 18 Ar +5 27 2.04 11 VA 15 3.44 16 S As +3 72 2.01 Cl +7 41 2.58 3.16 2.19 33 3.98 17 34 Se 35 36 Br Kr +4 64 +7 53 +6 56 2.18 2.55 2.96 3.00 1.54 37 38 Rb +1 166 0.82 55 Ba +2 149 0.79 1.22 Ra +1 194 0.70 Nb +3 86 1.33 72 * 41 Zr +4 86 42 Mo +4 79 +6 73 1.60 73 Hf +4 85 0.89 88 Fr 40 Y +3 104 0.95 56 Cs +1 181 87 39 Sr +2 132 1.30 Ru +3 82 +4 76 1.90 75 W +4 80 +6 74 1.50 44 Tc +4 78 2.16 74 Ta +3 86 +4 82 43 2.36 Rh +3 80 Os +4 77 +5 71 1.90 46 77 Ag +1 129 2.20 78 Ir +3 82 +4 76 2.20 47 Pd +2 100 2.28 2.20 76 Re +4 77 +5 72 45 Pt +2 94 +4 76 2.20 48 1.93 79 Au Cd +2 109 49 Hg Sn +2 92 +4 83 1.78 1.69 80 50 In +3 94 81 Tl 51 Sb +3 86 1.80 82 Pb +1 151 +2 116 +1 164 +2 133 +3 99 2.28 2.54 2.00 1.60 1.87 83 52 Te 53 54 I +4 111 +5 109 +6 70 +7 69 2.05 1.50 2.66 Bi +3 117 84 Po +4 108 2.02 2.00 85 2.60 86 At +7 76 Xe Rn Radón 2.20 ** 0.90 * 57 +3 117 +3 115 +3 113 1.10 1.12 1.13 +3 112 +3 111 1.14 +3 110 ** 89 92 94 La Ac 58 90 Ce Th 59 91 Pr Pa +3 126 +4 108 +3 118 1.10 1.30 1.50 60 Nd U 61 93 Pm Np 62 63 Sm Eu Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu +3 108 +3 106 1.20 +3 105 +3 104 +3 103 +3 102 +3 101 1.22 1.23 1.24 1.25 +3 100 95 96 98 103 1.17 Pu 64 +3 109 Am Cm 97 Bk Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 Nb Lw +3 116 +3 115 +3 114 +3 111 +3 111 +3 110 +3 109 1.38 1.36 1.28 1.30 1.30 1.30 1.30 No. atómico E carga radio ionico electroneg. 6