If_sintesis De Hidroxido De Cobalto 1h624e
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Laboratorio de Química Inorgánica II
FN - UMSA
Universidad Mayor de San Andrés Facultad de Ciencias Puras y Naturales Carrera de Ciencias Químicas Laboratorio de Química Inorgánica II
Nombre del estudiante:
José Luis Gonzáles Quino
Semestre: II – 2012
Docente:
Dr. Saúl Cabrera
La Paz – Bolivia 2012
José Luis Gonzáles Quino©
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Laboratorio de Química Inorgánica II
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"SÍNTESIS DE HIDROXIDO DE COBALTO" 1. Fundamento teórico: Proceso sol-gel: La técnica Sol-Gel ha sido usada en los últimos años para preparar un amplio rango de materiales. El método es atractivo porque involucra procesos a baja temperatura. También la alta pureza y homogeneidad son atribuibles a su forma de preparación en sistemas de multicomponentes. Un progreso considerable ha tenido cabida en la última década en el entendimiento de la química del proceso y de los mecanismos físicos involucrados en las etapas del “sintering” de los geles obtenidos desde los geles precursores. La técnica Sol-Gel ha sido explotada para elaborar nuevas composiciones de cristales, nuevos sistemas cerámicos y compuestos de útiles propiedades. En una dispersión coloidal se llama fase dispersa o dispersoide a la substancia disuelta que se halla en menor proporción, y medio de dispersión al medio en que se hallan dispersas las partículas. Las suspensiones coloidales más familiares e importantes tienen un líquido como medio de dispersión aunque también puede servir como tal un gas o un sólido, con fase dispersa sólida, liquida o gaseosa. La dispersión coloidal recibe el nombre genérico de sol. Cuando el medio líquido es el agua, el sistema se denomina hidrosol y sí es un alcohol es un alcosol. Soluciones coloidales o soles contienen ya sea grandes macromoléculas, agregados moleculares o pequeñas partículas y ocupan una posición intermedia entre soluciones verdaderas de especies de bajo peso molecular y vulgares dispersiones. Partículas coloidales se consideran aquellas que tienen al menos una dimensión en el rango 1-100 nm. La química coloidal forma un vínculo continuo entre la química molecular y el estado sólido. Gel es una forma de materia entre líquido y sólido. Un gel polimérico es una red macromolecular infinita, la cual está hinchada por solvente. Un gel puede ser creado cuando la concentración de la especie dispersa aumenta. Una transición Sol-Gel es observada cuando la viscosidad se incrementa notoriamente sobre lo normal. El solvente es atrapado en la red de partículas y así la red polimérica impide que el líquido se separe, mientras el líquido previene que el sólido colapse en una masa compacta. La deshidratación parcial de un gel produce un residuo sólido elástico que se conoce también como gel, tal como el gel de sílice; este residuo sólido es a su vez conocido con el nombre de xerogel. Los geles pueden dividirse en dos clases; los que se separan como precipitados gelatinosos de un exceso de medio líquido de dispersión (por ejemplo, óxidos hidratados de metales, tales como hierro y aluminio), y geles del tipo de la gelatina que absorben un exceso de liquido y forman jaleas (por ejemplo, las jaleas preparadas como combustibles).Las dispersiones coloidales se dividen también en dos grandes clases según la afinidad relativa entre la fase dispersa y el medio de dispersión. Si la afinidad es pequeña se dice que la fase dispersa es liófoba. Las substancias liófobas se designan como coloides irreversibles pues son precipitadas fácilmente por los electrolitos y una José Luis Gonzáles Quino©
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vez secas no pueden dispersarse de nuevo. Si la afinidad entre la fase dispersa y el medio de dispersión es muy marcada se dice que la fase dispersa es liófila. Los coloides liófilos son reversibles puesto que pueden separarse del medio de dispersión y secarse, y el material seco cuando se mezcla con el medio de dispersión regenera de nuevo el sistema coloidal. Ejemplos de soles liófobos son las dispersiones coloidales de metales, tales como platino, oro y plata, los sulfuros coloidales, como el sulfuro arsenioso y el sulfuro cúprico y los haluros de plata. Ejemplos de soles liófilos son las disoluciones de almidón, jabón, gomas y proteínas. Debe tenerse presente que estas características opuestas no son absolutas, pues muchos soles, tales como los óxidos hidratados (sol de óxido férrico, etc.) se sitúan en un grupo intermedio que presentan algunas propiedades de cada uno de los tipos. El método Sol-Gel es un método donde uno o varios elementos son usados en la forma de sol y/o gel con el fin de obtener un sólido homogéneo, principalmente policristalino o amorfo. Para la síntesis de compuestos inorgánicos por vía húmeda como hidróxidos, óxidos, vidrios, catalizadores, etc., uno de los métodos químicos más utilizados es la técnica sol gel.
Proceso de hidrólisis:
Los iones metálicos existentes en un medio acuoso son solvatados por moléculas de agua, generándose acuoiones [M (H2O)n]Z+ , la reacción de hidrólisis es: [M (H2O)n]Z+ + h H2O ========= [M (OH)h (H2O)n-h](Z-h)++ h H3O+ En donde h es la proporción de hidrólisis. La electronegatividad media X p del precursor hidrolizado [M (OH)h (H2O)n-h ](Z-h)+ , depende del catión metálico MZ+ y de la proporción de la hidrólisis h. En los procesos de hidrólisis y condensación un factor clave es la presencia en el medio H+, es decir el pH, esto permite proponer que la interacción del H+ con el agua varia la electronegatividad media del sistema en función del pH, con la formación de especies H3O+, (H2O – H – OH2)+.
Proceso de condensación:
Las reacciones de condensación de los iones metálicos hidrolizados en disolución acuosa pueden ocurrir mediante dos mecanismos distintos dependiendo del tipo de puentes formados entre los cationes y del grado de saturación del catión metálico. La OLACION es un proceso de condensación en el cual se forma un puente hidroxo (puente “ol”) entre dos centros metálicos, mayor será la constante de olación. M – OH + M – OH2 → M – OH – M + H2O El proceso solo es solamente posible con acuo – precursores teniendo su número de coordinación máxima La OXALACION es un proceso de condensación en el cual se forma un puente oxo (puente – O -)entre dos centros metálicos. La oxolación ocurre de manera directa a través de una adición nucleofílica: M – OH + HO – M → M – O – M + H2O
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Comportamiento del cobalto (II) en disolución acuosa:
Los iones hidratados de los elementos de transición son ácidos catiónicos. Numerosos metales de transición forman aniones del tipo complejos. Se plantea por ello la cuestión de establecer las relaciones reciprocas en que se encuentran entre si las distintas partículas y determinar cómo se desplazaran los equilibrios correspondientes a consecuencia de una variación del pH. La acidez de los iones metálicos hidratados depende fundamentalmente del radio iónico y la carga de los iones. Se presentan los siguientes equilibrios para Co (II) en medio acuoso: [
(
) ]
[
(
)
[ ]
( [
) (
] ) (
) ]
Las concentraciones de las diferentes partículas dependen de las correspondientes constantes de equilibrio y de las distintas concentraciones iníciales de los iones metálicos y de los H3O+. Los iones metálicos propiamente hidratados solo pueden existir para valores de pH relativamente bajos.
Hidróxido de cobalto (II)
La adición de hidróxido al ion cobalto (II) acuoso tiene como resultado la formación de la fase solida de hidróxido de cobalto (II), que primero precipita en una forma azul y una vez terminada las reacciones de condensación se convierte en una forma rosada. (
)
(
)
(
)
( )
2. Objetivo: Obtener el hidróxido de cobalto (II) mediante reacciones de hidrólisis – condensación. Comprender lo que ocurre en el proceso de la formación de hidróxido de cobalto (II).
3. Hipótesis: Formación de hidróxido de cobalto (II): La síntesis del hidróxido de cobalto (II) se lleva a cabo por un proceso sol-gel, que utiliza una solución acuosa de una sal inorgánica de como precursor. Los procesos sol-gel están basados en reacciones de hidrolisis-condensación, para cuantificar la relación entre la carga del catión y el pH de la solución se debe utilizar el modelo de cargas parciales de Livage. Los iones metálicos existentes en un medio acuoso son solvatados por moléculas de agua, generándose acuoiones [M (H2O)n]Z+ , la reacción de hidrólisis es: [ (
) ]
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[ (
) ( 4
)
](
)
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En donde h es la proporción de hidrólisis. La electronegatividad media del precursor ( ) ) ] hidrolizado [ ( ) ( , depende del catión metálico y de la proporción de la hidrólisis . En los procesos de hidrólisis y condensación un factor clave es la presencia en el medio H+, es decir el pH, esto permite proponer que la interacción del H+ con el agua varia la electronegatividad media del sistema en función del pH, con la formación de especies H3O+, (H2O – H – OH2)+, la ecuación que rige este comportamiento esta dado por la expresión: (
)
A partir del modelo de carga parcial, se puede asumir que el intercambio protónico entre el ) ]( ) y el agua, conduce a que las electronegatividades medias del precursor [ ( ) ( precursor y de la solución acuosa se igualen: , siendo posible como propone Livage, calcular la proporción de hidrólisis en función del pH, por medio de las siguientes ecuaciones:
Por lo tanto la carga parcial está dada por:
(
)
⁄
El ion al estar en disolución forma acuocomplejos, esto se puede explicar por la teoría de ácidos y bases duras y blandas, las características de cada uno se detallan a continuación: Ácidos y bases, blandos y duros. En la definición de Lewis, la fuerza de un ácido se puede evaluar mediante la constante de equilibrio A + :B ↔ A-B, donde B es una base de referencia. En realidad, la escala de fuerza acida depende de la base escogida como referencia, de forma que un ácido puede ser más fuerte que otro frente a una base pero más débil frente a otra. Para los ácidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar que clases de bases preferiría un ácido determinado y viceversa. Estas reglas se han de dividir en:
Acido duro: Pequeña polarizabilidad, alto estado de oxidación ó moléculas con carga positiva alta sobre el átomo central, bajo radio iónico, baja electronegatividad y alta densidad de carga. Acido blando: Alta polarizabilidad, cationes con bajo estado de oxidación o moléculas con electrones de valencia que se ceden fácilmente, alta electronegatividad, baja densidad de carga, alto radio iónico. Bases duras, son aquellas que tienen un átomo dador cuya densidad electrónica se polariza (se deforma) difícilmente. Por ello, normalmente el átomo dador es pequeño y muy electronegativo (N, O y F).
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En resumen las bases duras presentan: Pequeña polarizabilidad, los iones monoatómicos poseen una alta densidad de carga, el átomo donador posee una alta electronegatividad, bajo radio iónico, alta densidad de carga. Bases blandas, son aquellas que tienen un átomo dador cuya densidad electrónica se polariza (se deforma) con facilidad. Los átomos dadores son generalmente menos electronegativos y mayores que los de las bases duras (elementos no cabecera de los grupos 15 a 17). En resumen las bases blandas presentan: Alta polarizabilidad, el átomo donador posee una electronegatividad muy baja, baja densidad de carga, alto radio iónico.
En general las bases blandas deberían ser más fuertes que las duras pues ceden con mayor facilidad el par electrónico. Ahora bien, se ha observado que ciertos ácidos forman enlaces más estables con las bases duras que con las blandas. Los ácidos que enlazan mejor con las bases duras reciben el nombre de ácidos duros. Los ácidos que en proporción se enlazan mejor con las bases blandas reciben el nombre de ácidos blandos. Por tanto el cobalto al tener una baja electronegatividad, un pequeño radio iónico y un estado de oxidación relativamente alto (2+) entra en la categoría de ácidos intermedios entre duro y blando, por tanto este ion tendrá interacciones con el agua que es una base dura por ser el oxígeno muy electronegativo, formándose enlaces covalente coordinado o dativo: Este enlace tiene lugar entre átomos distintos. Enlace covalente coordinado o dativo entre dos átomos es el enlace en el que cada par de electrones compartido por dos átomos es aportado por uno de los átomos. El átomo que aporta el par de electrones se denomina dador, y el que lo recibe, receptor. José Luis Gonzáles Quino©
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Ahora bien, la naturaleza exacta del complejo que el forme en la solución dependen de la carga , el numero de coordinación y el pH de la solución acuosa. La relación de estos parámetros se observa en la siguiente figura:
Figura 1: Diagrama de pH vs carga. Existen 3 zonas: acuo, hidroxo y oxo. Este diagrama muestra que los cationes con baja carga (Z<4+) forman complejos acuo-hidroxo y/o hidroxo sobre todo el intervalo de pH, mientras que los cationes con cargas altas (Z>5+) forman complejos oxo-hidroxo y/o oxo sobre el mismo intervalo de pH. Por tanto según el diagrama de la Figura 1 el forma complejos acuo-hidroxo, esto debido a la reacción de hidrolisis que hay en la solución que le da una pH inicial acido según la siguiente reacción de equilibrio: [
(
) ]
[
(
)
]
Para un análisis cuantitativo del Modelo de Cargas Parciales, se considera que en las reacciones de sustitución nucleofílica (SN), el sustituyente con la carga parcial negativa más grande ( ), es el nucleófilo, y el sustituyente con la carga parcial positiva más grande( ), es el nucleófugo. Las reacciones nucleofílicas cesan en el momento en que el nucleófilo más fuerte adquiere una carga parcial . Al ser el un acido intermedio (no completamente duro) y el agua una base dura las interacciones entre estos serán fuertes, pero siempre habrá la posibilidad de que haya un cambio dinámico entre las moléculas de agua y el , es decir, que habrá posibilidad de que no siempre la misma molécula de agua ocupe un lugar de coordinación con el y que en su lugar puede venir otra molécula de agua de la solución. Una vez que ocurre la hidrolisis, al cambiar el pH ocurre la condensación, en este caso de olación, la olación es un proceso de condensación en el cual se forma un puente hidroxo (puente “ol”) entre dos centros metálicos: M – OH + M – OH2 → M – OH – M + H2O El proceso solo es solamente posible con acuo precursores o acuocomplejos
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Se calculan los pH iniciales de cada solución de reacción con una constante de hidrólisis igual a [
(
) ]
[
(
, se toma en cuenta la siguiente :
)
]
El pH de cada disolución esta dado por la ecuación: |
de
|
|
√|
Con la anterior ecuación se obtienen los siguientes valores de pH inicial para cada solución : |
|
0.25 M
0.05 M
4.95
5.30
pH
Tabla 1: pH iniciales de las soluciones de
.
El punto al que se forma el producto ( ( ) ), empieza a un pH determinado, este se puede calcular tomando en cuenta la solubilidad del hidróxido de cobalto (II), cuyo es de 15.6, se procede con el cálculo tomando en cuenta la siguiente reacción: (
)
Por tanto el producto de solubilidad viene dado por: | Despejando |
||
|
| de la ecuación se tiene: |
|
√
|
|
Sean las concentraciones de de 0.25 M y 0.05 M, reemplazando estos valores en la ecuación anterior se tienen los siguientes valores de pH: |
|
|
| pH
0.25 M
0.05 M
M
M
6.50
6.85
Tabla 2: pH de condensación de ( ) para distintas concentraciones de . Con los datos de la tabla anterior se procede a calcular las cargas parciales de cada átomo, para esto se utiliza el modelo de carga parcial de Livage, se utiliza la siguiente ecuación:
(
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)
⁄
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El valor de esta dado por la relación calcular la proporción de hidrólisis con la ecuación:
, luego se procede a
Con el modelo de cargas parciales de Livage se pueden deducir las especies que han de formarse a diferentes pH; los resultados se reportan en la siguiente tabla: |
| pH
(
) (
)
(
)
0.25 M
0.05 M
6.50
6.85
2.5045
2.4923
0.3861
0.3794
-0.3913
-0.3961
0.2052
0.1990
(
)
(
)
(
)
Tabla 3: Se muestran los valores de , y la proporción de hidrólisis, también se muestran las especies que se formaran en la condensación para cada concentración de .
Mecanismo de reacción:
En la primera parte de esta reacción ocurre la hidrólisis del acuo complejo de
[
[
(
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(
) ]
)
]
[
[
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(
(
)
) (
]
) ]
:
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Luego ocurre la formación del producto, mediante un proceso de olación:
La precipitación del hidróxido de cobalto (II) ocurre una vez alcanzado el pH de precipitación. Estructura del hidróxido de cobalto (II): El hidróxido de cobalto (II) está dispuesta en láminas como se muestra en la figura 2:
Figura 2: Estructura laminar del hidroxido de cobalto (II). Siendo la celda unitaria del hidróxido de cobalto (II) una conformación ortorrómbica centrada las bases, como se muestra en la figura 3: José Luis Gonzáles Quino©
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Figura 3: Conformacion de una celda unitaria ortorrombica centrada en las caras. 3.1 Identificación de variables: La formación del precipitado de ( ) depende de las siguientes variables: pH. Concentración inicial de solución de Sulfato de Cobalto.
4. Diseño Experimental: Materiales:
1 pH metro 1 Agitador magnético 3 pipetas graduadas de 10ml. 1 pipeta volumétrica de 25 ml 1 piseta. Balanza analítica 4 vasos de precipitado de 250ml
4 vasos de precipitado de 100ml 2 matraces aforados de 50ml. 1 matraz aforado de 100 ml. 1 matraz aforado de 250 ml. 1 embudo de vidrio. 1 bureta de 50ml. Papel filtro.
Reactivos:
CoSO4*7H2O p.a. NaOH p.a. Agua destilada. Procedimiento:
Preparar soluciones de CoSO4*7H2O de concentraciones 0.20 M, 0.10M y 0.05 M. Preparar una solución de NaOH 0,05 M. Colocar una alícuota de 25 ml de solución deCoSO4*7H2Oen un vaso de 250 ml. Colocar en la bureta la solución de NaOH 0,05 M. Agregar poco a poco la solución de NaOH 0,05 M y registrar la lectura del cambio de pH anotar este valor y el volumen agregado. Observar los cambios de color que ocurren durante la titulación.
5. Resultados:
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Laboratorio de Química Inorgánica II Datos experimentales: Curvas de titulación experimentales:
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Se obtuvieron los siguientes datos experimentales en la titulación de solución de nitrato de cobalto (II) con hidróxido de sodio: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: [ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8
pH 6,30 7,46 7,55 7,63 7,66 7,67 7,70 7,71 7,75 7,78 7,79 7,81 7,84 7,90 7,93 7,98 8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28 10,37
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Observaciones Solución roja - rosada Solución roja - rosada Formación de los primeros coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Los coloides toman un color verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Cambio de color de los coloides a un color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Cesa la formación de coloides Cesa la formación de coloides Los coloides presentes empiezan a oscurecerse Los coloides empiezan a tomar un color café, cesa la titulación
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Laboratorio de Química Inorgánica II FN - UMSA Titulación de 25 ml de de concentración 0.25 M con NaOH de concentración 0.5 M: [ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8 27,0
pH 5,92 7,02 7,09 7,15 7,17 7,18 7,19 7,20 7,24 7,26 7,28 7,32 7,39 7,45 7,48 7,52 7,63 7,71 7,80 7,90 7,94 8,08 8,17 8,24 8,25 8,27 8,28 8,30 8,31 8,32 8,34 8,36 8,41 8,42 8,45 8,56 8,68 8,78 9,08 10,56 11,14
Observaciones Solución roja – rosada Formación de los primeros coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Los coloides toman un color verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Cambio de color de los coloides a un color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino Ya no hay mas formación de coloides El precipitado se torna de color gris El precipitado toma un color café
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11,79
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El precipitado toma un color café
⁄ Luego se tienen en la siguiente tabla las relaciones obtenidas experimentalmente, previamente se calcula el número de milimoles del presentes en la solución, esto depende de la concentración molar y el volumen de la solución de usada en cada titulación, luego se procede de igual forma el número de milimoles de , los resultados se publican en las siguientes tablas con sus respectivos graficos: Titulación de 25 ml de de concentración 0.1 M: 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7
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de concentración 0.05 M (1,25 mmol pH 6,30 7,46 7,55 7,63 7,66 7,67 7,70 7,71 7,75 7,78 7,79 7,81 7,84 7,90 7,93 7,98 8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28
mmol NaOH 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,10 2,30 2,40 2,45 2,47 2,49 2,50 2,51 2,52 2,53 2,54 2,55 2,56 2,57
14
OH/M 0,000 0,008 0,016 0,024 0,032 0,048 0,064 0,080 0,160 0,240 0,320 0,400 0,480 0,640 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056
) con NaOH
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25,8
10,37
2,58
2,064
Con los datos de la tabla anterior se obtiene el grafico que muestra la relación entre el pH de la solución y la proporción OH/ :
pH vs. OH/Co 12.00 10.00 8.00 pH 6.00 4.00 2.00 0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Titulación de 25 ml de de concentración 0.5 M:
de concentración 0.25 M (6.25 mmol
[ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0
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pH 5,92 7,02 7,09 7,15 7,17 7,18 7,19 7,20 7,24 7,26 7,28 7,32 7,39 7,45 7,48 7,52 7,63 7,71 7,80 7,90 7,94 8,08
mmol NaOH 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,50 4,50 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 10,50 11,50
15
OH/M 0,000 0,008 0,016 0,024 0,032 0,048 0,064 0,080 0,160 0,240 0,320 0,400 0,560 0,720 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840
) con NaOH
Laboratorio de Química Inorgánica II 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8 27,0 28,0
FN - UMSA 8,17 8,24 8,25 8,27 8,28 8,30 8,31 8,32 8,34 8,36 8,41 8,42 8,45 8,56 8,68 8,78 9,08 10,56 11,14 11,79
12,00 12,25 12,35 12,45 12,50 12,55 12,60 12,65 12,70 12,75 12,80 12,85 12,90 13,00 13,10 13,20 13,30 13,40 13,50 14,00
1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064 2,080 2,096 2,112 2,128 2,144 2,160 2,240
Con los datos de la tabla anterior se obtiene el grafico que muestra la relación entre el pH de la solución y la proporción OH/ :
pH vs. OH/Co 14.00 12.00 10.00 pH
8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Proceso de hidrólisis: A partir de las tablas de datos presentadas anteriormente se calculan las especies formadas según el modelo de carga parcial de Livage, para esto es necesario primero calcular las densidades de carga parciales de cada átomo, es la electronegatividad media del sistema, es la densidad de carga del i-ésimo átomo y es la proporción de hidrólisis, es la electronegatividad en Paulings de cada átomo cuyos vaolres se muestran en la siguiente tabla:
José Luis Gonzáles Quino©
16
Laboratorio de Química Inorgánica II Elemento
FN - UMSA Co 1.8
O 3.5
H 2.1
La reaccion para la hidrólisis en general se expresa como la sguiente reaccion: [ [ (
(
) ]
) ]
[ [ (
(
)
) (
)
] ](
)
Se tiene la ecuacion para el cálculo de la proporcion de hidrólisis que es la siguiente:
Según las reacciones anteriores se tiene que Titulación de 25 ml de
y
.
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: pH 6,30 7,46 7,55 7,63 7,66 7,67 7,70 7,71 7,75 7,78 7,79 7,81 7,84 7,90 7,93 7,98 8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34
2,51 2,47 2,47 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,44 2,44 2,43 2,43 2,42 2,41 2,41
José Luis Gonzáles Quino©
0,455 0,429 0,427 0,425 0,424 0,424 0,423 0,423 0,422 0,422 0,421 0,421 0,420 0,419 0,418 0,417 0,416 0,415 0,413 0,411 0,410 0,405 0,400 0,394 0,390 0,387
-0,453 -0,472 -0,473 -0,474 -0,475 -0,475 -0,476 -0,476 -0,476 -0,477 -0,477 -0,477 -0,478 -0,479 -0,479 -0,480 -0,481 -0,481 -0,483 -0,484 -0,485 -0,489 -0,493 -0,497 -0,500 -0,502
0,243 0,219 0,218 0,216 0,215 0,215 0,215 0,214 0,213 0,213 0,213 0,212 0,212 0,210 0,210 0,209 0,208 0,207 0,205 0,203 0,202 0,197 0,193 0,187 0,183 0,181
17
1,77 2,26 2,30 2,33 2,35 2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,40 2,41 2,42 2,44 2,46 2,48 2,49 2,51 2,54 2,58 2,60 2,69 2,78 2,88 2,95 3,00
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28 10,37
2,40 2,39 2,39 2,39 2,38 2,38 2,37 2,37 2,37
0,384 0,380 0,376 0,375 0,372 0,370 0,367 0,366 0,364
Titulación de 25 ml de
FN - UMSA -0,504 -0,507 -0,510 -0,510 -0,512 -0,514 -0,516 -0,517 -0,518
0,178 0,174 0,171 0,170 0,167 0,165 0,163 0,161 0,159
3,05 3,12 3,18 3,19 3,24 3,28 3,32 3,34 3,37
( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) )
de concentración 0.25 M con NaOH de concentración
0.5 M: pH 5,92 7,02 7,09 7,15 7,17 7,18 7,19 7,20 7,24 7,26 7,28 7,32 7,39 7,45 7,48 7,52 7,63 7,71 7,80 7,90 7,94 8,08 8,17 8,24 8,25 8,27 8,28 8,30 8,31 8,32 8,34
2,52 2,49 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,47 2,47 2,47 2,47 2,46 2,46 2,46 2,46 2,45 2,45 2,45 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44
José Luis Gonzáles Quino©
0,463 0,439 0,437 0,436 0,435 0,435 0,435 0,435 0,434 0,433 0,433 0,432 0,430 0,429 0,428 0,427 0,425 0,423 0,421 0,419 0,418 0,415 0,413 0,411 0,411 0,411 0,410 0,410 0,410 0,410 0,409
-0,447 -0,465 -0,466 -0,467 -0,467 -0,467 -0,467 -0,468 -0,468 -0,468 -0,469 -0,469 -0,471 -0,472 -0,472 -0,473 -0,474 -0,476 -0,477 -0,479 -0,479 -0,482 -0,483 -0,484 -0,484 -0,485 -0,485 -0,485 -0,485 -0,485 -0,486
0,251 0,229 0,227 0,226 0,225 0,225 0,225 0,225 0,224 0,224 0,223 0,222 0,221 0,220 0,219 0,218 0,216 0,214 0,212 0,210 0,210 0,207 0,205 0,203 0,203 0,203 0,202 0,202 0,202 0,202 0,201
18
1,61 2,08 2,11 2,14 2,14 2,15 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 2,21 2,24 2,26 2,27 2,29 2,33 2,37 2,40 2,44 2,46 2,51 2,55 2,58 2,58 2,59 2,59 2,60 2,61 2,61 2,62
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 8,36 8,41 8,42 8,45 8,56 8,68 8,78 9,08 10,56 11,14 11,79
2,44 2,44 2,44 2,44 2,43 2,43 2,42 2,41 2,36 2,34 2,32
0,409 0,408 0,407 0,407 0,404 0,402 0,399 0,393 0,359 0,346 0,332
FN - UMSA -0,486 -0,487 -0,487 -0,488 -0,489 -0,491 -0,493 -0,498 -0,521 -0,531 -0,541
0,201 0,200 0,200 0,199 0,197 0,194 0,192 0,186 0,155 0,143 0,130
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
2,63 2,64 2,65 2,66 2,70 2,75 2,79 2,90 3,44 3,64 3,86
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
Curvas de titulación teorica: Se realizo el calculo de las curvas de titulacion teorica de las dos ttulaciones llevadas a cabo en la presente practica, los calculos se realizaron en funcion a cada volumen añadido de solución de NaOH experimentalmente en cada titulacion, se calcularon el numero de miliequivalentes (meq) de a cada volumen correspondiente, se calculo así tambien el numero de miliequivalentes ya sea de o de que queda sin reaccionar, se realizo tambien el calculo de la concentracion del ion en exceso con su respectiva correccion de volumen, finalmente se calculo la concentracion de , el pH y la proporcion OH/Co correspondiente. Los resultados del calculo se muetran en las siguientes tablas: Titulación de 25 ml de de concentración 0.05 M (0.1 N, ) con NaOH de concentración 0.1 N: meq NaOH 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60
meq de ion en exceso 2,50 2,49 2,48 2,47 2,46 2,44 2,42 2,40 2,30 2,20 2,10 2,00 1,90 1,70 1,50 1,30 1,10 0,90
José Luis Gonzáles Quino©
Ion en exceso[N]
Ion en exceso [M]
0,1000 0,0992 0,0984 0,0976 0,0969 0,0953 0,0938 0,0923 0,0852 0,0786 0,0724 0,0667 0,0613 0,0515 0,0429 0,0351 0,0282 0,0220
0,0500 0,0496 0,0492 0,0488 0,0484 0,0477 0,0469 0,0462 0,0426 0,0393 0,0362 0,0333 0,0306 0,0258 0,0214 0,0176 0,0141 0,0110
19
[M]
pH Teórico
OH/Co
5,30 5,30 5,30 5,31 5,31 5,31 5,31 5,32 5,34 5,35 5,37 5,39 5,41 5,44 5,48 5,53 5,58 5,63
0,000 0,008 0,016 0,024 0,032 0,048 0,064 0,080 0,160 0,240 0,320 0,400 0,480 0,640 0,800 0,960 1,120 1,280
Laboratorio de Química Inorgánica II 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8
1,80 2,00 2,10 2,30 2,40 2,45 2,47 2,49 2,50 2,51 2,52 2,53 2,54 2,55 2,56 2,57 2,58
0,70 0,50 0,40 0,20 0,10 0,05 0,03 0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
FN - UMSA
0,0163 0,0111 0,0087 0,0042 0,0020 0,0010 0,0006 0,0002 0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016
0,0081 0,0056 0,0043 0,0021 0,0010 0,0005 0,0003 0,0001 0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016
5,69 5,78 5,83 5,99 6,15 6,30 6,41 6,65 7,15 10,30 10,60 10,78 10,90 11,00 11,08 11,15 11,20
1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064
Se obtiene el siguiente grafico que muestra la relacion teorica en tre el pH y la proporcion molar OH/Co:
pH vs. OH/Co 12.00 10.00 8.00 pH 6.00 4.00 2.00 0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Titulación de 25 ml de de concentración 0.25 M (0.5 N, ) con NaOH de concentración 0.5 N:
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0
meq NaOH 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50
meq de ion en exceso 12,50 12,45 12,40 12,35 12,30 12,20 12,10 12,00
José Luis Gonzáles Quino©
Ion en exceso[N] 0,5000 0,4960 0,4921 0,4881 0,4843 0,4766 0,4690 0,4615
20
Ion en exceso [M] 0,2500 0,2480 0,2460 0,2441 0,2421 0,2383 0,2345 0,2308
[M]
pH Teórico 4,95 4,95 4,95 4,96 4,96 4,96 4,97 4,97
OH/Co 0,000 0,008 0,016 0,024 0,032 0,048 0,064 0,080
Laboratorio de Química Inorgánica II 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8 27,0 28,0
1,00 1,50 2,00 2,50 3,50 4,50 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 10,50 11,50 12,00 12,25 12,35 12,45 12,50 12,55 12,60 12,65 12,70 12,75 12,80 12,85 12,90 13,00 13,10 13,20 13,30 13,40 13,50 14,00
11,50 11,00 10,50 10,00 9,00 8,00 7,50 6,50 5,50 4,50 3,50 2,50 2,00 1,00 0,50 0,25 0,15 0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,50
FN - UMSA 0,4259 0,3929 0,3621 0,3333 0,2813 0,2353 0,2143 0,1757 0,1410 0,1098 0,0814 0,0556 0,0435 0,0208 0,0102 0,0051 0,0030 0,0010 0,0000 0,0010 0,0020 0,0030 0,0040 0,0050 0,0059 0,0069 0,0079 0,0098 0,0117 0,0136 0,0155 0,0174 0,0192 0,0283
0,2130 0,1964 0,1810 0,1667 0,1406 0,1176 0,1071 0,0878 0,0705 0,0549 0,0407 0,0278 0,0217 0,0104 0,0051 0,0025 0,0015 0,0005 0,0000 0,0010 0,0020 0,0030 0,0040 0,0050 0,0059 0,0069 0,0079 0,0098 0,0117 0,0136 0,0155 0,0174 0,0192 0,0283
4,99 5,00 5,02 5,04 5,08 5,11 5,14 5,18 5,23 5,28 5,35 5,43 5,48 5,64 5,80 5,95 6,06 6,30 7,15 11,00 11,30 11,48 11,60 11,70 11,77 11,84 11,90 11,99 12,07 12,13 12,19 12,24 12,28 12,45
0,160 0,240 0,320 0,400 0,560 0,720 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064 2,080 2,096 2,112 2,128 2,144 2,160 2,240
Se obtiene el siguiente grafico que muestra la relacion teorica en tre el pH y la proporcion molar OH/Co:
José Luis Gonzáles Quino©
21
Laboratorio de Química Inorgánica II
FN - UMSA
pH vs. OH/Co 14.00 12.00 10.00 8.00 pH
6.00 4.00 2.00 0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Nota: El punto equivalente de la titulacion se muestra en la fila marcada con color amarillo, sobre esta fila se muestranl los miliequivalentes y las concentraciones normal y molar del ion que esta en exceso, debajo de la fila amarilla se muestran los miliequivalentes y las concentraciones normal y molar del ion que en este punto de la titulacion esta en exceso. Proceso de hidrólisis teorica: Se procede a calcular las densidades de carga según el modelo de carga parcial de Livage y el grado de hidrólisis, así mismo se calculan las especies formadas en funcion del pH de la solución: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: pH 5,30 5,30 5,30 5,31 5,31 5,31 5,31 5,32 5,34 5,35 5,37 5,39 5,41 5,44 5,48 5,53
2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,54 2,54 2,54 2,54 2,54 2,54 2,54
José Luis Gonzáles Quino©
0,477 0,477 0,477 0,477 0,477 0,477 0,477 0,477 0,476 0,476 0,476 0,475 0,475 0,474 0,473 0,472
-0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,438 -0,438 -0,438 -0,438 -0,439 -0,439 -0,440 -0,441
0,264 0,264 0,264 0,264 0,264 0,264 0,264 0,264 0,263 0,263 0,263 0,262 0,262 0,261 0,260 0,259
22
1,32 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,34 1,35 1,36 1,37 1,37 1,39 1,41 1,43
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 5,58 5,63 5,69 5,78 5,83 5,99 6,15 6,30 6,41 6,65 7,15 10,30 10,60 10,78 10,90 11,00 11,08 11,15 11,20
2,54 2,53 2,53 2,53 2,53 2,52 2,52 2,51 2,51 2,50 2,48 2,37 2,36 2,35 2,35 2,35 2,34 2,34 2,34
FN - UMSA
0,471 0,470 0,468 0,466 0,465 0,462 0,458 0,455 0,452 0,447 0,436 0,365 0,359 0,355 0,352 0,350 0,348 0,346 0,345
Titulación de 25 ml de
-0,441 -0,442 -0,443 -0,445 -0,446 -0,448 -0,451 -0,453 -0,455 -0,459 -0,467 -0,517 -0,522 -0,525 -0,527 -0,528 -0,530 -0,531 -0,532
0,259 0,257 0,256 0,254 0,253 0,250 0,247 0,244 0,241 0,236 0,226 0,161 0,154 0,151 0,148 0,146 0,145 0,143 0,142
1,45 1,48 1,50 1,54 1,57 1,64 1,71 1,77 1,82 1,92 2,14 3,35 3,45 3,52 3,56 3,59 3,62 3,64 3,66
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
de concentración 0.25 M con NaOH de concentración
0.5 M: pH 4,95 4,95 4,95 4,96 4,96 4,96 4,97 4,97 4,99 5,00 5,02 5,04 5,08 5,11 5,14 5,18 5,23 5,28 5,35 5,43 5,48
2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,54 2,54 2,54
José Luis Gonzáles Quino©
0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 0,484 0,484 0,483 0,483 0,482 0,481 0,481 0,480 0,479 0,478 0,476 0,474 0,473
-0,431 -0,431 -0,431 -0,432 -0,432 -0,432 -0,432 -0,432 -0,432 -0,432 -0,433 -0,433 -0,433 -0,434 -0,434 -0,435 -0,436 -0,437 -0,438 -0,439 -0,440
23
0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,270 0,270 0,270 0,269 0,268 0,268 0,267 0,266 0,265 0,263 0,262 0,260
1,16 1,16 1,16 1,16 1,17 1,17 1,17 1,17 1,18 1,19 1,19 1,20 1,22 1,24 1,25 1,27 1,29 1,32 1,35 1,38 1,41
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 5,64 5,80 5,95 6,06 6,30 7,15 11,00 11,30 11,48 11,60 11,70 11,77 11,84 11,90 11,99 12,07 12,13 12,19 12,24 12,28 12,45
2,53 2,53 2,52 2,52 2,51 2,48 2,35 2,34 2,33 2,33 2,32 2,32 2,32 2,32 2,31 2,31 2,31 2,31 2,30 2,30 2,30
FN - UMSA
0,469 0,466 0,463 0,460 0,455 0,436 0,350 0,343 0,339 0,336 0,334 0,332 0,331 0,330 0,327 0,326 0,324 0,323 0,322 0,321 0,317
-0,443 -0,445 -0,447 -0,449 -0,453 -0,467 -0,528 -0,533 -0,536 -0,538 -0,540 -0,541 -0,542 -0,543 -0,544 -0,546 -0,547 -0,548 -0,548 -0,549 -0,552
0,257 0,254 0,251 0,248 0,243 0,226 0,146 0,140 0,136 0,134 0,132 0,130 0,129 0,128 0,126 0,124 0,123 0,122 0,120 0,120 0,116
1,48 1,55 1,62 1,67 1,77 2,14 3,59 3,69 3,75 3,80 3,83 3,85 3,87 3,89 3,92 3,95 3,97 3,99 4,01 4,02 4,07
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
Nota: Las filas marcadas con color amarillo pertenecen al punto equivalente. Comparacion entre las curvas de titulacion teorica y experimental A continuacion se muestran los datos de las titulaciones experimentales y teoricas ordenadas en las siguientes tablas: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M:
[ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
José Luis Gonzáles Quino©
EXPERIMENTAL pH OH/Co 6,30 0,000 7,46 0,008 7,55 0,016 7,63 0,024 7,66 0,032 7,67 0,048 7,70 0,064 7,71 0,080 7,75 0,160 7,78 0,240 7,79 0,320 7,81 0,400
24
TEORICO pH OH/Co 5,30 0,000 5,30 0,008 5,30 0,016 5,31 0,024 5,31 0,032 5,31 0,048 5,31 0,064 5,32 0,080 5,34 0,160 5,35 0,240 5,37 0,320 5,39 0,400
Laboratorio de Química Inorgánica II 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8
7,84 7,90 7,93 7,98 8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28 10,37
FN - UMSA 0,480 0,640 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064
5,41 5,44 5,48 5,53 5,58 5,63 5,69 5,78 5,83 5,99 6,15 6,30 6,41 6,65 7,15 10,30 10,60 10,78 10,90 11,00 11,08 11,15 11,20
0,480 0,640 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064
A continuacion se muestra un grafico con la comparacion entre la curva de la relacion entre el pH vs la proporcion molar OH/Co:
pH vs OH/Co 12.00 10.00 8.00 pH 6.00 4.00
EXPERIMENTAL
2.00
TEORICO
0.00 0.000
0.500
1.000
1.500 OH/Co
José Luis Gonzáles Quino©
25
2.000
2.500
Laboratorio de Química Inorgánica II FN - UMSA Titulación de 25 ml de de concentración 0.25 M con NaOH de concentración 0.5 M:
[ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8
José Luis Gonzáles Quino©
EXPERIMENTAL pH OH/Co 5,92 0,000 7,02 0,008 7,09 0,016 7,15 0,024 7,17 0,032 7,18 0,048 7,19 0,064 7,20 0,080 7,24 0,160 7,26 0,240 7,28 0,320 7,32 0,400 7,39 0,560 7,45 0,720 7,48 0,800 7,52 0,960 7,63 1,120 7,71 1,280 7,80 1,440 7,90 1,600 7,94 1,680 8,08 1,840 8,17 1,920 8,24 1,960 8,25 1,976 8,27 1,992 8,28 2,000 8,30 2,008 8,31 2,016 8,32 2,024 8,34 2,032 8,36 2,040 8,41 2,048 8,42 2,056 8,45 2,064 8,56 2,080 8,68 2,096 8,78 2,112 9,08 2,128 10,56 2,144
26
TEORICO pH OH/Co 4,95 0,000 4,95 0,008 4,95 0,016 4,96 0,024 4,96 0,032 4,96 0,048 4,97 0,064 4,97 0,080 4,99 0,160 5,00 0,240 5,02 0,320 5,04 0,400 5,08 0,560 5,11 0,720 5,14 0,800 5,18 0,960 5,23 1,120 5,28 1,280 5,35 1,440 5,43 1,600 5,48 1,680 5,64 1,840 5,80 1,920 5,95 1,960 6,06 1,976 6,30 1,992 7,15 2,000 11,00 2,008 11,30 2,016 11,48 2,024 11,60 2,032 11,70 2,040 11,77 2,048 11,84 2,056 11,90 2,064 11,99 2,080 12,07 2,096 12,13 2,112 12,19 2,128 12,24 2,144
Laboratorio de Química Inorgánica II 27,0 28,0
11,14 11,79
FN - UMSA 2,160 2,240
12,28 12,45
2,160 2,240
A continuacion se muestra un grafico con la comparacion entre la curva de la relacion entre el pH vs la proporcion molar OH/Co:
pH vs OH/Co 14.00 12.00 10.00 pH
8.00 6.00 4.00
EXPERIMENTAL
2.00
TEORICO
0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Tambien se procede a la comparacion de las especies formadas a cada pH experimental y teórico: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: [ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0
EXPERIMENTAL pH Especie formada ( ) ( ) 6,30 ( ) ( ) 7,46 ( ) ( ) 7,55 ( ) ( ) 7,63 ( ) ( ) 7,66 ( ) ( ) 7,67 ( ) ( ) 7,70 ( ) ( ) 7,71 ( ) ( ) 7,75 ( ) ( ) 7,78 ( ) ( ) 7,79 ( ) ( ) 7,81 ( ) ( ) 7,84 ( ) ( ) 7,90 ( ) ( ) 7,93 ( ) ( ) 7,98
José Luis Gonzáles Quino©
27
pH 5,30 5,30 5,30 5,31 5,31 5,31 5,31 5,32 5,34 5,35 5,37 5,39 5,41 5,44 5,48 5,53
TEORICO Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8
8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28 10,37
Titulación de 25 ml de
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
FN - UMSA ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
5,58 5,63 5,69 5,78 5,83 5,99 6,15 6,30 6,41 6,65 7,15 10,30 10,60 10,78 10,90 11,00 11,08 11,15 11,20
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
de concentración 0.25 M con NaOH de concentración
0.5 M: EXPERIMENTAL [ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0
pH 5,92 7,02 7,09 7,15 7,17 7,18 7,19 7,20 7,24 7,26 7,28 7,32 7,39 7,45 7,48 7,52 7,63 7,71 7,80
José Luis Gonzáles Quino©
TEORICO
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
28
pH 4,95 4,95 4,95 4,96 4,96 4,96 4,97 4,97 4,99 5,00 5,02 5,04 5,08 5,11 5,14 5,18 5,23 5,28 5,35
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8 27,0 28,0
7,90 7,94 8,08 8,17 8,24 8,25 8,27 8,28 8,30 8,31 8,32 8,34 8,36 8,41 8,42 8,45 8,56 8,68 8,78 9,08 10,56 11,14 11,79
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
FN - UMSA ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
5,43 5,48 5,64 5,80 5,95 6,06 6,30 7,15 11,00 11,30 11,48 11,60 11,70 11,77 11,84 11,90 11,99 12,07 12,13 12,19 12,24 12,28 12,45
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
Rendimiento de las titulaciones: Se obtuvieron las siguientes masas de producto: 0,05 M 0,093
Masa [g]
0,25 M 0,645
Se procede a calcular la masa teorica de los productos obtenidos: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: Se procede al calculo de los moles de
presentes en 25 ml de solución:
Formación del acuocomplejo: [
José Luis Gonzáles Quino©
29
(
) ]
Laboratorio de Química Inorgánica II Calculo de los moles de hexaacuocobalto (II):
FN - UMSA
(
)
Formación del gel de hidroxido de cobalto (II): [
(
) ]
[ de [
Se forman teorica del producto:
(
( ) (
(
Titulación de 25 ml de
) (
) ]
) ], ahora se procede a calcular la masa
) (
)
(
) (
)
de concentración 0.25 M con NaOH de concentración
0.5 M: Se procede al calculo de los moles de
presentes en 25 ml de solución:
Formación del acuocomplejo: [
(
) ]
Calculo de los moles de hexaacuocobalto (II): (
)
Formación del gel de hidroxido de cobalto (II): [
(
) ]
Se forman teorica del producto:
[ de [
(
( ) (
(
) (
) (
) ]
) ], ahora se procede a calcular la masa )
(
Los resultados se expresan en la siguiente tabla:
Masa [g] experimental Masa [g] teorico Rendimiento teórico [%]
José Luis Gonzáles Quino©
0,05 M 0,093 1,444 6,44 %
30
0,25 M 0,645 7,219 8,935 %
) (
)
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6. Discusión:
Discusión de los procesos de hidrólisis y condensación:
El comportamiento de las curvas de pH vs la proporcion OH/Co muestra el comportamiento de una reaccion acido – base, se pueden notar 3 zonas importantes en cada curva, en la primera zona, cuando OH/Co=0, ocurre la formación de acucomplejos, esto es viable desde el punto de vista de la teoria de los acidos y bases blandas y duras, el ion al tener una radio iónico relativamente pequeño y una carga de +2 posee una densidad de carga alta, por tanto es un acido duro de fuerza intermedia, este acido interacciona con el agua que al ser igualmente una base dura forma un enlace de coordinacion, en el que el par de electrones no enlazantes del oxigeno en el agua transfiere su densidad de carga a los orbitales d vacios del ion . La fuerza de este enlace depende de las densidades de carga tanto del como del par de electrones no enlazantes del oxigeno en el agua, la densidad de carga en el ion es relativamente alta, así tambien la densidad del átomo de oxigeno en la molecula de agua es alta, por tanto el enlace tendra una fueraza tal que ocurre la desprotonacion del agua, es decir la ruptura del enlace , esto le da desde luego un carácter acido al acuocomplejo debido a la presencia de iones hidronio en la solución en la que esta disuelto el ion . El enlace al ser una interacción de un acido duro con una base dura, se favorece un enlace mas del tipo iónico que del tipo covalente, esto favorece de gran manera la hidrólisis, aunque como se discutio en el anterior parrafo tambien puede ocurrir la formación de iones hidronio por la desprotonacion o incluso la formación de enlaces del tipo . En la segunda zona, cuando 0
Laboratorio de Química Inorgánica II FN - UMSA tampoco existe un exceso importante de ( ) . Para evitar la oxolacion es necesario realiza un control muy cuidadoso del pH principalmente y de la temperatura, ya que a valores muy altos de pH es probable que ocurra la oxolacion. En la tercera zona, cuando OH/Co>2, ocurre un incremento violento del pH, esto es coherente con el hecho de que a una relacion molar mayor a 2 existe un exceso de , ya que todos los iones ya reaccionaron con los iones necesarios para la formación del hidroxido, en esta zona hay la posibilidad de que ocurra la redisolucion del precipitado de ( ) ya que este es anfoterico, a pH demasiado altos ocurre la formación de un hidroxocomplejo como muestra la siguiente reaccion: (
)
Tambien existe la posibilidad de que el del aire y a un importante exceso de iones cobalto según la siguiente reaccion: (
[
(
) ]
sufra una oxidacion, esto debido al oxigeno , ocurriendo la formación del oxohidroxido de
)
(
)
Comparacion entre las curvas teoricas y experimentales, formación de especies hidrolizadas:
Es evidente la diferencia entre las curvas calculadas teoricamente y las hechas experimentalmente pH vs OH/Co en las dos titulaciones realizadas, esto puede explicarse porque los calculos hechos para las curvas teóricas utilizan la teoria de acidos y bases de Bronsted, la cual hace la suposicion que el acido, en este caso el , reacciona completamente con la base en este caso el , por este motivo la teoria de Bronsted de acidos y bases no puede explicar la formación de las especies hidrolizadas, ahí radica la diferencia entre las curvas teoricas y experimentales, en cambio la formación de las especies hidrolizadas puede explicarse muy bien con el Modelo de Carga Parcial de Livage. Las densidades de carga calculadas por el modelo de carga parcial de Livage son coerentes con las densidades de carga de los atomos, en especial con la relacion carga/radio iónico.
Discusion de la estructura del producto:
El producto obtenido es un solido amorfo de color rojo, no cristalino, esto debido a que no hubo las condiciones necesarias para una cristalizacion como ser altas presiones y temperaturas, fue necesario el envejecimiento del producto para completar las reacciones de condensacion tal y como se propuso en el mecanismo de reaccion. ( ) fue tan rapida que no dio Se debe tomar en cuenta de que la precipitacion del tiempo al ordenamiento de las estructuras laminares, así entonces se formo un solido amorfo de ( ) . La presencia de estructuras laminares en el solido amorfo es muy probable, sin embargo estas estructuras no son reproducibles a lo largo de todo el producto, la estructura esta tan desordenada que es muy poco probable que hayan estructuras laminares en un amplio espacio del solido, existiendo aguas superficiales, aguas intersticiales atrapadas entre la estructuraamorfa del José Luis Gonzáles Quino©
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Laboratorio de Química Inorgánica II FN - UMSA solido y aguas estructurales que forman parte de la estructura laminar misma del hidroxido de cobalto.
Rendimiento teórico:
El bajo rendimiento teórico se debe a que probablemente no haya tanta cantiad de agua de hidratacion o superficial, se debe tomar en cuenta de que el producto una vez envejecido por una semana se filtró y se dejo al aire libre por lo que las aguas pudieron haberse evaporado con el pasar del tiempo. Era de esperar que la solución mas concentrada de haya dado un mejor rendimiento que la solución menos diluida, esto porque, como se discutio anteriormente, la posibilidad de formar particulas coloidales es mayor en la solución concentrada que en la solución diluida, ya que hay mas proximidad entre los iones de y por tanto hay mas posibilidades de formar mas producto en la solución mas concentrada.
7. Conclusiones:
Se logro obtener el precipitado de hidroxido de cobalto (II), a partir de 2 soluciones de ) ] , de 0,25 M y de 0,05 M que forman acuoprecursores como el [ ( titulando con soluciones de NaOH de 0,5 M y 0,1 M respectivamente. Se logro conocer los precursores de las reacciones de hidrólisis mediante el Modelo de Carga Parcial de Livage, que es consistente con las relaciones carga/radio iónico de los atomos.
8. Bibliografía:
Agno Nilthon, Crespo Pedro, Cabrera Saúl, REVISTA BOLIVIANA DE QUÍMICA. Volumen 22, #1 – 2005. Pág. 84- 88. Celso Velásquez Ordoñez, “Síntesis, caracterización y propiedades de tetra-teramiloxido de estaño (IV)”, Tesis de maestría en química, Universidad Autónoma Metropolitana – Iztapalapa, págs.: 7, 8, 10. Renzhi Ma, Zhaoping Liu, Kazunori Takada, Katsutoshi Fukuda, Yasuo Ebina, Yoshio Bando, and Takayoshi Sasaki “Tetrahedral Co(II) Coordination in r-Type Cobalt Hydroxide: Rietveld Refinement and X-ray Absorption Spectroscopy”, 2005, Advanced Materials Laboratory, National Institute for Materials Science, Namiki 1-1, Tsukuba, Ibaraki 305-0044, Japan.
José Luis Gonzáles Quino©
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Universidad Mayor de San Andrés Facultad de Ciencias Puras y Naturales Carrera de Ciencias Químicas Laboratorio de Química Inorgánica II
Nombre del estudiante:
José Luis Gonzáles Quino
Semestre: II – 2012
Docente:
Dr. Saúl Cabrera
La Paz – Bolivia 2012
José Luis Gonzáles Quino©
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"SÍNTESIS DE HIDROXIDO DE COBALTO" 1. Fundamento teórico: Proceso sol-gel: La técnica Sol-Gel ha sido usada en los últimos años para preparar un amplio rango de materiales. El método es atractivo porque involucra procesos a baja temperatura. También la alta pureza y homogeneidad son atribuibles a su forma de preparación en sistemas de multicomponentes. Un progreso considerable ha tenido cabida en la última década en el entendimiento de la química del proceso y de los mecanismos físicos involucrados en las etapas del “sintering” de los geles obtenidos desde los geles precursores. La técnica Sol-Gel ha sido explotada para elaborar nuevas composiciones de cristales, nuevos sistemas cerámicos y compuestos de útiles propiedades. En una dispersión coloidal se llama fase dispersa o dispersoide a la substancia disuelta que se halla en menor proporción, y medio de dispersión al medio en que se hallan dispersas las partículas. Las suspensiones coloidales más familiares e importantes tienen un líquido como medio de dispersión aunque también puede servir como tal un gas o un sólido, con fase dispersa sólida, liquida o gaseosa. La dispersión coloidal recibe el nombre genérico de sol. Cuando el medio líquido es el agua, el sistema se denomina hidrosol y sí es un alcohol es un alcosol. Soluciones coloidales o soles contienen ya sea grandes macromoléculas, agregados moleculares o pequeñas partículas y ocupan una posición intermedia entre soluciones verdaderas de especies de bajo peso molecular y vulgares dispersiones. Partículas coloidales se consideran aquellas que tienen al menos una dimensión en el rango 1-100 nm. La química coloidal forma un vínculo continuo entre la química molecular y el estado sólido. Gel es una forma de materia entre líquido y sólido. Un gel polimérico es una red macromolecular infinita, la cual está hinchada por solvente. Un gel puede ser creado cuando la concentración de la especie dispersa aumenta. Una transición Sol-Gel es observada cuando la viscosidad se incrementa notoriamente sobre lo normal. El solvente es atrapado en la red de partículas y así la red polimérica impide que el líquido se separe, mientras el líquido previene que el sólido colapse en una masa compacta. La deshidratación parcial de un gel produce un residuo sólido elástico que se conoce también como gel, tal como el gel de sílice; este residuo sólido es a su vez conocido con el nombre de xerogel. Los geles pueden dividirse en dos clases; los que se separan como precipitados gelatinosos de un exceso de medio líquido de dispersión (por ejemplo, óxidos hidratados de metales, tales como hierro y aluminio), y geles del tipo de la gelatina que absorben un exceso de liquido y forman jaleas (por ejemplo, las jaleas preparadas como combustibles).Las dispersiones coloidales se dividen también en dos grandes clases según la afinidad relativa entre la fase dispersa y el medio de dispersión. Si la afinidad es pequeña se dice que la fase dispersa es liófoba. Las substancias liófobas se designan como coloides irreversibles pues son precipitadas fácilmente por los electrolitos y una José Luis Gonzáles Quino©
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vez secas no pueden dispersarse de nuevo. Si la afinidad entre la fase dispersa y el medio de dispersión es muy marcada se dice que la fase dispersa es liófila. Los coloides liófilos son reversibles puesto que pueden separarse del medio de dispersión y secarse, y el material seco cuando se mezcla con el medio de dispersión regenera de nuevo el sistema coloidal. Ejemplos de soles liófobos son las dispersiones coloidales de metales, tales como platino, oro y plata, los sulfuros coloidales, como el sulfuro arsenioso y el sulfuro cúprico y los haluros de plata. Ejemplos de soles liófilos son las disoluciones de almidón, jabón, gomas y proteínas. Debe tenerse presente que estas características opuestas no son absolutas, pues muchos soles, tales como los óxidos hidratados (sol de óxido férrico, etc.) se sitúan en un grupo intermedio que presentan algunas propiedades de cada uno de los tipos. El método Sol-Gel es un método donde uno o varios elementos son usados en la forma de sol y/o gel con el fin de obtener un sólido homogéneo, principalmente policristalino o amorfo. Para la síntesis de compuestos inorgánicos por vía húmeda como hidróxidos, óxidos, vidrios, catalizadores, etc., uno de los métodos químicos más utilizados es la técnica sol gel.
Proceso de hidrólisis:
Los iones metálicos existentes en un medio acuoso son solvatados por moléculas de agua, generándose acuoiones [M (H2O)n]Z+ , la reacción de hidrólisis es: [M (H2O)n]Z+ + h H2O ========= [M (OH)h (H2O)n-h](Z-h)++ h H3O+ En donde h es la proporción de hidrólisis. La electronegatividad media X p del precursor hidrolizado [M (OH)h (H2O)n-h ](Z-h)+ , depende del catión metálico MZ+ y de la proporción de la hidrólisis h. En los procesos de hidrólisis y condensación un factor clave es la presencia en el medio H+, es decir el pH, esto permite proponer que la interacción del H+ con el agua varia la electronegatividad media del sistema en función del pH, con la formación de especies H3O+, (H2O – H – OH2)+.
Proceso de condensación:
Las reacciones de condensación de los iones metálicos hidrolizados en disolución acuosa pueden ocurrir mediante dos mecanismos distintos dependiendo del tipo de puentes formados entre los cationes y del grado de saturación del catión metálico. La OLACION es un proceso de condensación en el cual se forma un puente hidroxo (puente “ol”) entre dos centros metálicos, mayor será la constante de olación. M – OH + M – OH2 → M – OH – M + H2O El proceso solo es solamente posible con acuo – precursores teniendo su número de coordinación máxima La OXALACION es un proceso de condensación en el cual se forma un puente oxo (puente – O -)entre dos centros metálicos. La oxolación ocurre de manera directa a través de una adición nucleofílica: M – OH + HO – M → M – O – M + H2O
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Comportamiento del cobalto (II) en disolución acuosa:
Los iones hidratados de los elementos de transición son ácidos catiónicos. Numerosos metales de transición forman aniones del tipo complejos. Se plantea por ello la cuestión de establecer las relaciones reciprocas en que se encuentran entre si las distintas partículas y determinar cómo se desplazaran los equilibrios correspondientes a consecuencia de una variación del pH. La acidez de los iones metálicos hidratados depende fundamentalmente del radio iónico y la carga de los iones. Se presentan los siguientes equilibrios para Co (II) en medio acuoso: [
(
) ]
[
(
)
[ ]
( [
) (
] ) (
) ]
Las concentraciones de las diferentes partículas dependen de las correspondientes constantes de equilibrio y de las distintas concentraciones iníciales de los iones metálicos y de los H3O+. Los iones metálicos propiamente hidratados solo pueden existir para valores de pH relativamente bajos.
Hidróxido de cobalto (II)
La adición de hidróxido al ion cobalto (II) acuoso tiene como resultado la formación de la fase solida de hidróxido de cobalto (II), que primero precipita en una forma azul y una vez terminada las reacciones de condensación se convierte en una forma rosada. (
)
(
)
(
)
( )
2. Objetivo: Obtener el hidróxido de cobalto (II) mediante reacciones de hidrólisis – condensación. Comprender lo que ocurre en el proceso de la formación de hidróxido de cobalto (II).
3. Hipótesis: Formación de hidróxido de cobalto (II): La síntesis del hidróxido de cobalto (II) se lleva a cabo por un proceso sol-gel, que utiliza una solución acuosa de una sal inorgánica de como precursor. Los procesos sol-gel están basados en reacciones de hidrolisis-condensación, para cuantificar la relación entre la carga del catión y el pH de la solución se debe utilizar el modelo de cargas parciales de Livage. Los iones metálicos existentes en un medio acuoso son solvatados por moléculas de agua, generándose acuoiones [M (H2O)n]Z+ , la reacción de hidrólisis es: [ (
) ]
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[ (
) ( 4
)
](
)
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En donde h es la proporción de hidrólisis. La electronegatividad media del precursor ( ) ) ] hidrolizado [ ( ) ( , depende del catión metálico y de la proporción de la hidrólisis . En los procesos de hidrólisis y condensación un factor clave es la presencia en el medio H+, es decir el pH, esto permite proponer que la interacción del H+ con el agua varia la electronegatividad media del sistema en función del pH, con la formación de especies H3O+, (H2O – H – OH2)+, la ecuación que rige este comportamiento esta dado por la expresión: (
)
A partir del modelo de carga parcial, se puede asumir que el intercambio protónico entre el ) ]( ) y el agua, conduce a que las electronegatividades medias del precursor [ ( ) ( precursor y de la solución acuosa se igualen: , siendo posible como propone Livage, calcular la proporción de hidrólisis en función del pH, por medio de las siguientes ecuaciones:
Por lo tanto la carga parcial está dada por:
(
)
⁄
El ion al estar en disolución forma acuocomplejos, esto se puede explicar por la teoría de ácidos y bases duras y blandas, las características de cada uno se detallan a continuación: Ácidos y bases, blandos y duros. En la definición de Lewis, la fuerza de un ácido se puede evaluar mediante la constante de equilibrio A + :B ↔ A-B, donde B es una base de referencia. En realidad, la escala de fuerza acida depende de la base escogida como referencia, de forma que un ácido puede ser más fuerte que otro frente a una base pero más débil frente a otra. Para los ácidos y bases de Lewis se han desarrollado reglas cualitativas que permiten prever su fuerza y estimar que clases de bases preferiría un ácido determinado y viceversa. Estas reglas se han de dividir en:
Acido duro: Pequeña polarizabilidad, alto estado de oxidación ó moléculas con carga positiva alta sobre el átomo central, bajo radio iónico, baja electronegatividad y alta densidad de carga. Acido blando: Alta polarizabilidad, cationes con bajo estado de oxidación o moléculas con electrones de valencia que se ceden fácilmente, alta electronegatividad, baja densidad de carga, alto radio iónico. Bases duras, son aquellas que tienen un átomo dador cuya densidad electrónica se polariza (se deforma) difícilmente. Por ello, normalmente el átomo dador es pequeño y muy electronegativo (N, O y F).
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En resumen las bases duras presentan: Pequeña polarizabilidad, los iones monoatómicos poseen una alta densidad de carga, el átomo donador posee una alta electronegatividad, bajo radio iónico, alta densidad de carga. Bases blandas, son aquellas que tienen un átomo dador cuya densidad electrónica se polariza (se deforma) con facilidad. Los átomos dadores son generalmente menos electronegativos y mayores que los de las bases duras (elementos no cabecera de los grupos 15 a 17). En resumen las bases blandas presentan: Alta polarizabilidad, el átomo donador posee una electronegatividad muy baja, baja densidad de carga, alto radio iónico.
En general las bases blandas deberían ser más fuertes que las duras pues ceden con mayor facilidad el par electrónico. Ahora bien, se ha observado que ciertos ácidos forman enlaces más estables con las bases duras que con las blandas. Los ácidos que enlazan mejor con las bases duras reciben el nombre de ácidos duros. Los ácidos que en proporción se enlazan mejor con las bases blandas reciben el nombre de ácidos blandos. Por tanto el cobalto al tener una baja electronegatividad, un pequeño radio iónico y un estado de oxidación relativamente alto (2+) entra en la categoría de ácidos intermedios entre duro y blando, por tanto este ion tendrá interacciones con el agua que es una base dura por ser el oxígeno muy electronegativo, formándose enlaces covalente coordinado o dativo: Este enlace tiene lugar entre átomos distintos. Enlace covalente coordinado o dativo entre dos átomos es el enlace en el que cada par de electrones compartido por dos átomos es aportado por uno de los átomos. El átomo que aporta el par de electrones se denomina dador, y el que lo recibe, receptor. José Luis Gonzáles Quino©
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Ahora bien, la naturaleza exacta del complejo que el forme en la solución dependen de la carga , el numero de coordinación y el pH de la solución acuosa. La relación de estos parámetros se observa en la siguiente figura:
Figura 1: Diagrama de pH vs carga. Existen 3 zonas: acuo, hidroxo y oxo. Este diagrama muestra que los cationes con baja carga (Z<4+) forman complejos acuo-hidroxo y/o hidroxo sobre todo el intervalo de pH, mientras que los cationes con cargas altas (Z>5+) forman complejos oxo-hidroxo y/o oxo sobre el mismo intervalo de pH. Por tanto según el diagrama de la Figura 1 el forma complejos acuo-hidroxo, esto debido a la reacción de hidrolisis que hay en la solución que le da una pH inicial acido según la siguiente reacción de equilibrio: [
(
) ]
[
(
)
]
Para un análisis cuantitativo del Modelo de Cargas Parciales, se considera que en las reacciones de sustitución nucleofílica (SN), el sustituyente con la carga parcial negativa más grande ( ), es el nucleófilo, y el sustituyente con la carga parcial positiva más grande( ), es el nucleófugo. Las reacciones nucleofílicas cesan en el momento en que el nucleófilo más fuerte adquiere una carga parcial . Al ser el un acido intermedio (no completamente duro) y el agua una base dura las interacciones entre estos serán fuertes, pero siempre habrá la posibilidad de que haya un cambio dinámico entre las moléculas de agua y el , es decir, que habrá posibilidad de que no siempre la misma molécula de agua ocupe un lugar de coordinación con el y que en su lugar puede venir otra molécula de agua de la solución. Una vez que ocurre la hidrolisis, al cambiar el pH ocurre la condensación, en este caso de olación, la olación es un proceso de condensación en el cual se forma un puente hidroxo (puente “ol”) entre dos centros metálicos: M – OH + M – OH2 → M – OH – M + H2O El proceso solo es solamente posible con acuo precursores o acuocomplejos
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Se calculan los pH iniciales de cada solución de reacción con una constante de hidrólisis igual a [
(
) ]
[
(
, se toma en cuenta la siguiente :
)
]
El pH de cada disolución esta dado por la ecuación: |
de
|
|
√|
Con la anterior ecuación se obtienen los siguientes valores de pH inicial para cada solución : |
|
0.25 M
0.05 M
4.95
5.30
pH
Tabla 1: pH iniciales de las soluciones de
.
El punto al que se forma el producto ( ( ) ), empieza a un pH determinado, este se puede calcular tomando en cuenta la solubilidad del hidróxido de cobalto (II), cuyo es de 15.6, se procede con el cálculo tomando en cuenta la siguiente reacción: (
)
Por tanto el producto de solubilidad viene dado por: | Despejando |
||
|
| de la ecuación se tiene: |
|
√
|
|
Sean las concentraciones de de 0.25 M y 0.05 M, reemplazando estos valores en la ecuación anterior se tienen los siguientes valores de pH: |
|
|
| pH
0.25 M
0.05 M
M
M
6.50
6.85
Tabla 2: pH de condensación de ( ) para distintas concentraciones de . Con los datos de la tabla anterior se procede a calcular las cargas parciales de cada átomo, para esto se utiliza el modelo de carga parcial de Livage, se utiliza la siguiente ecuación:
(
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)
⁄
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El valor de esta dado por la relación calcular la proporción de hidrólisis con la ecuación:
, luego se procede a
Con el modelo de cargas parciales de Livage se pueden deducir las especies que han de formarse a diferentes pH; los resultados se reportan en la siguiente tabla: |
| pH
(
) (
)
(
)
0.25 M
0.05 M
6.50
6.85
2.5045
2.4923
0.3861
0.3794
-0.3913
-0.3961
0.2052
0.1990
(
)
(
)
(
)
Tabla 3: Se muestran los valores de , y la proporción de hidrólisis, también se muestran las especies que se formaran en la condensación para cada concentración de .
Mecanismo de reacción:
En la primera parte de esta reacción ocurre la hidrólisis del acuo complejo de
[
[
(
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(
) ]
)
]
[
[
9
(
(
)
) (
]
) ]
:
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Luego ocurre la formación del producto, mediante un proceso de olación:
La precipitación del hidróxido de cobalto (II) ocurre una vez alcanzado el pH de precipitación. Estructura del hidróxido de cobalto (II): El hidróxido de cobalto (II) está dispuesta en láminas como se muestra en la figura 2:
Figura 2: Estructura laminar del hidroxido de cobalto (II). Siendo la celda unitaria del hidróxido de cobalto (II) una conformación ortorrómbica centrada las bases, como se muestra en la figura 3: José Luis Gonzáles Quino©
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Figura 3: Conformacion de una celda unitaria ortorrombica centrada en las caras. 3.1 Identificación de variables: La formación del precipitado de ( ) depende de las siguientes variables: pH. Concentración inicial de solución de Sulfato de Cobalto.
4. Diseño Experimental: Materiales:
1 pH metro 1 Agitador magnético 3 pipetas graduadas de 10ml. 1 pipeta volumétrica de 25 ml 1 piseta. Balanza analítica 4 vasos de precipitado de 250ml
4 vasos de precipitado de 100ml 2 matraces aforados de 50ml. 1 matraz aforado de 100 ml. 1 matraz aforado de 250 ml. 1 embudo de vidrio. 1 bureta de 50ml. Papel filtro.
Reactivos:
CoSO4*7H2O p.a. NaOH p.a. Agua destilada. Procedimiento:
Preparar soluciones de CoSO4*7H2O de concentraciones 0.20 M, 0.10M y 0.05 M. Preparar una solución de NaOH 0,05 M. Colocar una alícuota de 25 ml de solución deCoSO4*7H2Oen un vaso de 250 ml. Colocar en la bureta la solución de NaOH 0,05 M. Agregar poco a poco la solución de NaOH 0,05 M y registrar la lectura del cambio de pH anotar este valor y el volumen agregado. Observar los cambios de color que ocurren durante la titulación.
5. Resultados:
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Laboratorio de Química Inorgánica II Datos experimentales: Curvas de titulación experimentales:
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Se obtuvieron los siguientes datos experimentales en la titulación de solución de nitrato de cobalto (II) con hidróxido de sodio: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: [ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8
pH 6,30 7,46 7,55 7,63 7,66 7,67 7,70 7,71 7,75 7,78 7,79 7,81 7,84 7,90 7,93 7,98 8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28 10,37
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Observaciones Solución roja - rosada Solución roja - rosada Formación de los primeros coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Los coloides toman un color verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Cambio de color de los coloides a un color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Cesa la formación de coloides Cesa la formación de coloides Los coloides presentes empiezan a oscurecerse Los coloides empiezan a tomar un color café, cesa la titulación
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Laboratorio de Química Inorgánica II FN - UMSA Titulación de 25 ml de de concentración 0.25 M con NaOH de concentración 0.5 M: [ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8 27,0
pH 5,92 7,02 7,09 7,15 7,17 7,18 7,19 7,20 7,24 7,26 7,28 7,32 7,39 7,45 7,48 7,52 7,63 7,71 7,80 7,90 7,94 8,08 8,17 8,24 8,25 8,27 8,28 8,30 8,31 8,32 8,34 8,36 8,41 8,42 8,45 8,56 8,68 8,78 9,08 10,56 11,14
Observaciones Solución roja – rosada Formación de los primeros coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Formación de coloides azules Los coloides toman un color verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Formación de coloides verde azulado Cambio de color de los coloides a un color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso Coloides de color azul verdoso El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino El precipitado se torna de color verde blanquecino Ya no hay mas formación de coloides El precipitado se torna de color gris El precipitado toma un color café
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Laboratorio de Química Inorgánica II 28,0
11,79
FN - UMSA
El precipitado toma un color café
⁄ Luego se tienen en la siguiente tabla las relaciones obtenidas experimentalmente, previamente se calcula el número de milimoles del presentes en la solución, esto depende de la concentración molar y el volumen de la solución de usada en cada titulación, luego se procede de igual forma el número de milimoles de , los resultados se publican en las siguientes tablas con sus respectivos graficos: Titulación de 25 ml de de concentración 0.1 M: 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7
José Luis Gonzáles Quino©
de concentración 0.05 M (1,25 mmol pH 6,30 7,46 7,55 7,63 7,66 7,67 7,70 7,71 7,75 7,78 7,79 7,81 7,84 7,90 7,93 7,98 8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28
mmol NaOH 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,10 2,30 2,40 2,45 2,47 2,49 2,50 2,51 2,52 2,53 2,54 2,55 2,56 2,57
14
OH/M 0,000 0,008 0,016 0,024 0,032 0,048 0,064 0,080 0,160 0,240 0,320 0,400 0,480 0,640 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056
) con NaOH
Laboratorio de Química Inorgánica II
FN - UMSA
25,8
10,37
2,58
2,064
Con los datos de la tabla anterior se obtiene el grafico que muestra la relación entre el pH de la solución y la proporción OH/ :
pH vs. OH/Co 12.00 10.00 8.00 pH 6.00 4.00 2.00 0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Titulación de 25 ml de de concentración 0.5 M:
de concentración 0.25 M (6.25 mmol
[ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0
José Luis Gonzáles Quino©
pH 5,92 7,02 7,09 7,15 7,17 7,18 7,19 7,20 7,24 7,26 7,28 7,32 7,39 7,45 7,48 7,52 7,63 7,71 7,80 7,90 7,94 8,08
mmol NaOH 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,50 4,50 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 10,50 11,50
15
OH/M 0,000 0,008 0,016 0,024 0,032 0,048 0,064 0,080 0,160 0,240 0,320 0,400 0,560 0,720 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840
) con NaOH
Laboratorio de Química Inorgánica II 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8 27,0 28,0
FN - UMSA 8,17 8,24 8,25 8,27 8,28 8,30 8,31 8,32 8,34 8,36 8,41 8,42 8,45 8,56 8,68 8,78 9,08 10,56 11,14 11,79
12,00 12,25 12,35 12,45 12,50 12,55 12,60 12,65 12,70 12,75 12,80 12,85 12,90 13,00 13,10 13,20 13,30 13,40 13,50 14,00
1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064 2,080 2,096 2,112 2,128 2,144 2,160 2,240
Con los datos de la tabla anterior se obtiene el grafico que muestra la relación entre el pH de la solución y la proporción OH/ :
pH vs. OH/Co 14.00 12.00 10.00 pH
8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Proceso de hidrólisis: A partir de las tablas de datos presentadas anteriormente se calculan las especies formadas según el modelo de carga parcial de Livage, para esto es necesario primero calcular las densidades de carga parciales de cada átomo, es la electronegatividad media del sistema, es la densidad de carga del i-ésimo átomo y es la proporción de hidrólisis, es la electronegatividad en Paulings de cada átomo cuyos vaolres se muestran en la siguiente tabla:
José Luis Gonzáles Quino©
16
Laboratorio de Química Inorgánica II Elemento
FN - UMSA Co 1.8
O 3.5
H 2.1
La reaccion para la hidrólisis en general se expresa como la sguiente reaccion: [ [ (
(
) ]
) ]
[ [ (
(
)
) (
)
] ](
)
Se tiene la ecuacion para el cálculo de la proporcion de hidrólisis que es la siguiente:
Según las reacciones anteriores se tiene que Titulación de 25 ml de
y
.
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: pH 6,30 7,46 7,55 7,63 7,66 7,67 7,70 7,71 7,75 7,78 7,79 7,81 7,84 7,90 7,93 7,98 8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34
2,51 2,47 2,47 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,46 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,44 2,44 2,43 2,43 2,42 2,41 2,41
José Luis Gonzáles Quino©
0,455 0,429 0,427 0,425 0,424 0,424 0,423 0,423 0,422 0,422 0,421 0,421 0,420 0,419 0,418 0,417 0,416 0,415 0,413 0,411 0,410 0,405 0,400 0,394 0,390 0,387
-0,453 -0,472 -0,473 -0,474 -0,475 -0,475 -0,476 -0,476 -0,476 -0,477 -0,477 -0,477 -0,478 -0,479 -0,479 -0,480 -0,481 -0,481 -0,483 -0,484 -0,485 -0,489 -0,493 -0,497 -0,500 -0,502
0,243 0,219 0,218 0,216 0,215 0,215 0,215 0,214 0,213 0,213 0,213 0,212 0,212 0,210 0,210 0,209 0,208 0,207 0,205 0,203 0,202 0,197 0,193 0,187 0,183 0,181
17
1,77 2,26 2,30 2,33 2,35 2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,40 2,41 2,42 2,44 2,46 2,48 2,49 2,51 2,54 2,58 2,60 2,69 2,78 2,88 2,95 3,00
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28 10,37
2,40 2,39 2,39 2,39 2,38 2,38 2,37 2,37 2,37
0,384 0,380 0,376 0,375 0,372 0,370 0,367 0,366 0,364
Titulación de 25 ml de
FN - UMSA -0,504 -0,507 -0,510 -0,510 -0,512 -0,514 -0,516 -0,517 -0,518
0,178 0,174 0,171 0,170 0,167 0,165 0,163 0,161 0,159
3,05 3,12 3,18 3,19 3,24 3,28 3,32 3,34 3,37
( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) )
de concentración 0.25 M con NaOH de concentración
0.5 M: pH 5,92 7,02 7,09 7,15 7,17 7,18 7,19 7,20 7,24 7,26 7,28 7,32 7,39 7,45 7,48 7,52 7,63 7,71 7,80 7,90 7,94 8,08 8,17 8,24 8,25 8,27 8,28 8,30 8,31 8,32 8,34
2,52 2,49 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48 2,47 2,47 2,47 2,47 2,46 2,46 2,46 2,46 2,45 2,45 2,45 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44
José Luis Gonzáles Quino©
0,463 0,439 0,437 0,436 0,435 0,435 0,435 0,435 0,434 0,433 0,433 0,432 0,430 0,429 0,428 0,427 0,425 0,423 0,421 0,419 0,418 0,415 0,413 0,411 0,411 0,411 0,410 0,410 0,410 0,410 0,409
-0,447 -0,465 -0,466 -0,467 -0,467 -0,467 -0,467 -0,468 -0,468 -0,468 -0,469 -0,469 -0,471 -0,472 -0,472 -0,473 -0,474 -0,476 -0,477 -0,479 -0,479 -0,482 -0,483 -0,484 -0,484 -0,485 -0,485 -0,485 -0,485 -0,485 -0,486
0,251 0,229 0,227 0,226 0,225 0,225 0,225 0,225 0,224 0,224 0,223 0,222 0,221 0,220 0,219 0,218 0,216 0,214 0,212 0,210 0,210 0,207 0,205 0,203 0,203 0,203 0,202 0,202 0,202 0,202 0,201
18
1,61 2,08 2,11 2,14 2,14 2,15 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 2,21 2,24 2,26 2,27 2,29 2,33 2,37 2,40 2,44 2,46 2,51 2,55 2,58 2,58 2,59 2,59 2,60 2,61 2,61 2,62
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 8,36 8,41 8,42 8,45 8,56 8,68 8,78 9,08 10,56 11,14 11,79
2,44 2,44 2,44 2,44 2,43 2,43 2,42 2,41 2,36 2,34 2,32
0,409 0,408 0,407 0,407 0,404 0,402 0,399 0,393 0,359 0,346 0,332
FN - UMSA -0,486 -0,487 -0,487 -0,488 -0,489 -0,491 -0,493 -0,498 -0,521 -0,531 -0,541
0,201 0,200 0,200 0,199 0,197 0,194 0,192 0,186 0,155 0,143 0,130
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
2,63 2,64 2,65 2,66 2,70 2,75 2,79 2,90 3,44 3,64 3,86
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
Curvas de titulación teorica: Se realizo el calculo de las curvas de titulacion teorica de las dos ttulaciones llevadas a cabo en la presente practica, los calculos se realizaron en funcion a cada volumen añadido de solución de NaOH experimentalmente en cada titulacion, se calcularon el numero de miliequivalentes (meq) de a cada volumen correspondiente, se calculo así tambien el numero de miliequivalentes ya sea de o de que queda sin reaccionar, se realizo tambien el calculo de la concentracion del ion en exceso con su respectiva correccion de volumen, finalmente se calculo la concentracion de , el pH y la proporcion OH/Co correspondiente. Los resultados del calculo se muetran en las siguientes tablas: Titulación de 25 ml de de concentración 0.05 M (0.1 N, ) con NaOH de concentración 0.1 N: meq NaOH 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60
meq de ion en exceso 2,50 2,49 2,48 2,47 2,46 2,44 2,42 2,40 2,30 2,20 2,10 2,00 1,90 1,70 1,50 1,30 1,10 0,90
José Luis Gonzáles Quino©
Ion en exceso[N]
Ion en exceso [M]
0,1000 0,0992 0,0984 0,0976 0,0969 0,0953 0,0938 0,0923 0,0852 0,0786 0,0724 0,0667 0,0613 0,0515 0,0429 0,0351 0,0282 0,0220
0,0500 0,0496 0,0492 0,0488 0,0484 0,0477 0,0469 0,0462 0,0426 0,0393 0,0362 0,0333 0,0306 0,0258 0,0214 0,0176 0,0141 0,0110
19
[M]
pH Teórico
OH/Co
5,30 5,30 5,30 5,31 5,31 5,31 5,31 5,32 5,34 5,35 5,37 5,39 5,41 5,44 5,48 5,53 5,58 5,63
0,000 0,008 0,016 0,024 0,032 0,048 0,064 0,080 0,160 0,240 0,320 0,400 0,480 0,640 0,800 0,960 1,120 1,280
Laboratorio de Química Inorgánica II 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8
1,80 2,00 2,10 2,30 2,40 2,45 2,47 2,49 2,50 2,51 2,52 2,53 2,54 2,55 2,56 2,57 2,58
0,70 0,50 0,40 0,20 0,10 0,05 0,03 0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
FN - UMSA
0,0163 0,0111 0,0087 0,0042 0,0020 0,0010 0,0006 0,0002 0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016
0,0081 0,0056 0,0043 0,0021 0,0010 0,0005 0,0003 0,0001 0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016
5,69 5,78 5,83 5,99 6,15 6,30 6,41 6,65 7,15 10,30 10,60 10,78 10,90 11,00 11,08 11,15 11,20
1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064
Se obtiene el siguiente grafico que muestra la relacion teorica en tre el pH y la proporcion molar OH/Co:
pH vs. OH/Co 12.00 10.00 8.00 pH 6.00 4.00 2.00 0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Titulación de 25 ml de de concentración 0.25 M (0.5 N, ) con NaOH de concentración 0.5 N:
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0
meq NaOH 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50
meq de ion en exceso 12,50 12,45 12,40 12,35 12,30 12,20 12,10 12,00
José Luis Gonzáles Quino©
Ion en exceso[N] 0,5000 0,4960 0,4921 0,4881 0,4843 0,4766 0,4690 0,4615
20
Ion en exceso [M] 0,2500 0,2480 0,2460 0,2441 0,2421 0,2383 0,2345 0,2308
[M]
pH Teórico 4,95 4,95 4,95 4,96 4,96 4,96 4,97 4,97
OH/Co 0,000 0,008 0,016 0,024 0,032 0,048 0,064 0,080
Laboratorio de Química Inorgánica II 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8 27,0 28,0
1,00 1,50 2,00 2,50 3,50 4,50 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 10,50 11,50 12,00 12,25 12,35 12,45 12,50 12,55 12,60 12,65 12,70 12,75 12,80 12,85 12,90 13,00 13,10 13,20 13,30 13,40 13,50 14,00
11,50 11,00 10,50 10,00 9,00 8,00 7,50 6,50 5,50 4,50 3,50 2,50 2,00 1,00 0,50 0,25 0,15 0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,50
FN - UMSA 0,4259 0,3929 0,3621 0,3333 0,2813 0,2353 0,2143 0,1757 0,1410 0,1098 0,0814 0,0556 0,0435 0,0208 0,0102 0,0051 0,0030 0,0010 0,0000 0,0010 0,0020 0,0030 0,0040 0,0050 0,0059 0,0069 0,0079 0,0098 0,0117 0,0136 0,0155 0,0174 0,0192 0,0283
0,2130 0,1964 0,1810 0,1667 0,1406 0,1176 0,1071 0,0878 0,0705 0,0549 0,0407 0,0278 0,0217 0,0104 0,0051 0,0025 0,0015 0,0005 0,0000 0,0010 0,0020 0,0030 0,0040 0,0050 0,0059 0,0069 0,0079 0,0098 0,0117 0,0136 0,0155 0,0174 0,0192 0,0283
4,99 5,00 5,02 5,04 5,08 5,11 5,14 5,18 5,23 5,28 5,35 5,43 5,48 5,64 5,80 5,95 6,06 6,30 7,15 11,00 11,30 11,48 11,60 11,70 11,77 11,84 11,90 11,99 12,07 12,13 12,19 12,24 12,28 12,45
0,160 0,240 0,320 0,400 0,560 0,720 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064 2,080 2,096 2,112 2,128 2,144 2,160 2,240
Se obtiene el siguiente grafico que muestra la relacion teorica en tre el pH y la proporcion molar OH/Co:
José Luis Gonzáles Quino©
21
Laboratorio de Química Inorgánica II
FN - UMSA
pH vs. OH/Co 14.00 12.00 10.00 8.00 pH
6.00 4.00 2.00 0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Nota: El punto equivalente de la titulacion se muestra en la fila marcada con color amarillo, sobre esta fila se muestranl los miliequivalentes y las concentraciones normal y molar del ion que esta en exceso, debajo de la fila amarilla se muestran los miliequivalentes y las concentraciones normal y molar del ion que en este punto de la titulacion esta en exceso. Proceso de hidrólisis teorica: Se procede a calcular las densidades de carga según el modelo de carga parcial de Livage y el grado de hidrólisis, así mismo se calculan las especies formadas en funcion del pH de la solución: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: pH 5,30 5,30 5,30 5,31 5,31 5,31 5,31 5,32 5,34 5,35 5,37 5,39 5,41 5,44 5,48 5,53
2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,54 2,54 2,54 2,54 2,54 2,54 2,54
José Luis Gonzáles Quino©
0,477 0,477 0,477 0,477 0,477 0,477 0,477 0,477 0,476 0,476 0,476 0,475 0,475 0,474 0,473 0,472
-0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,437 -0,438 -0,438 -0,438 -0,438 -0,439 -0,439 -0,440 -0,441
0,264 0,264 0,264 0,264 0,264 0,264 0,264 0,264 0,263 0,263 0,263 0,262 0,262 0,261 0,260 0,259
22
1,32 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,34 1,35 1,36 1,37 1,37 1,39 1,41 1,43
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 5,58 5,63 5,69 5,78 5,83 5,99 6,15 6,30 6,41 6,65 7,15 10,30 10,60 10,78 10,90 11,00 11,08 11,15 11,20
2,54 2,53 2,53 2,53 2,53 2,52 2,52 2,51 2,51 2,50 2,48 2,37 2,36 2,35 2,35 2,35 2,34 2,34 2,34
FN - UMSA
0,471 0,470 0,468 0,466 0,465 0,462 0,458 0,455 0,452 0,447 0,436 0,365 0,359 0,355 0,352 0,350 0,348 0,346 0,345
Titulación de 25 ml de
-0,441 -0,442 -0,443 -0,445 -0,446 -0,448 -0,451 -0,453 -0,455 -0,459 -0,467 -0,517 -0,522 -0,525 -0,527 -0,528 -0,530 -0,531 -0,532
0,259 0,257 0,256 0,254 0,253 0,250 0,247 0,244 0,241 0,236 0,226 0,161 0,154 0,151 0,148 0,146 0,145 0,143 0,142
1,45 1,48 1,50 1,54 1,57 1,64 1,71 1,77 1,82 1,92 2,14 3,35 3,45 3,52 3,56 3,59 3,62 3,64 3,66
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
de concentración 0.25 M con NaOH de concentración
0.5 M: pH 4,95 4,95 4,95 4,96 4,96 4,96 4,97 4,97 4,99 5,00 5,02 5,04 5,08 5,11 5,14 5,18 5,23 5,28 5,35 5,43 5,48
2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,56 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,55 2,54 2,54 2,54
José Luis Gonzáles Quino©
0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 0,485 0,484 0,484 0,483 0,483 0,482 0,481 0,481 0,480 0,479 0,478 0,476 0,474 0,473
-0,431 -0,431 -0,431 -0,432 -0,432 -0,432 -0,432 -0,432 -0,432 -0,432 -0,433 -0,433 -0,433 -0,434 -0,434 -0,435 -0,436 -0,437 -0,438 -0,439 -0,440
23
0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,271 0,270 0,270 0,270 0,269 0,268 0,268 0,267 0,266 0,265 0,263 0,262 0,260
1,16 1,16 1,16 1,16 1,17 1,17 1,17 1,17 1,18 1,19 1,19 1,20 1,22 1,24 1,25 1,27 1,29 1,32 1,35 1,38 1,41
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 5,64 5,80 5,95 6,06 6,30 7,15 11,00 11,30 11,48 11,60 11,70 11,77 11,84 11,90 11,99 12,07 12,13 12,19 12,24 12,28 12,45
2,53 2,53 2,52 2,52 2,51 2,48 2,35 2,34 2,33 2,33 2,32 2,32 2,32 2,32 2,31 2,31 2,31 2,31 2,30 2,30 2,30
FN - UMSA
0,469 0,466 0,463 0,460 0,455 0,436 0,350 0,343 0,339 0,336 0,334 0,332 0,331 0,330 0,327 0,326 0,324 0,323 0,322 0,321 0,317
-0,443 -0,445 -0,447 -0,449 -0,453 -0,467 -0,528 -0,533 -0,536 -0,538 -0,540 -0,541 -0,542 -0,543 -0,544 -0,546 -0,547 -0,548 -0,548 -0,549 -0,552
0,257 0,254 0,251 0,248 0,243 0,226 0,146 0,140 0,136 0,134 0,132 0,130 0,129 0,128 0,126 0,124 0,123 0,122 0,120 0,120 0,116
1,48 1,55 1,62 1,67 1,77 2,14 3,59 3,69 3,75 3,80 3,83 3,85 3,87 3,89 3,92 3,95 3,97 3,99 4,01 4,02 4,07
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
Nota: Las filas marcadas con color amarillo pertenecen al punto equivalente. Comparacion entre las curvas de titulacion teorica y experimental A continuacion se muestran los datos de las titulaciones experimentales y teoricas ordenadas en las siguientes tablas: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M:
[ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
José Luis Gonzáles Quino©
EXPERIMENTAL pH OH/Co 6,30 0,000 7,46 0,008 7,55 0,016 7,63 0,024 7,66 0,032 7,67 0,048 7,70 0,064 7,71 0,080 7,75 0,160 7,78 0,240 7,79 0,320 7,81 0,400
24
TEORICO pH OH/Co 5,30 0,000 5,30 0,008 5,30 0,016 5,31 0,024 5,31 0,032 5,31 0,048 5,31 0,064 5,32 0,080 5,34 0,160 5,35 0,240 5,37 0,320 5,39 0,400
Laboratorio de Química Inorgánica II 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8
7,84 7,90 7,93 7,98 8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28 10,37
FN - UMSA 0,480 0,640 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064
5,41 5,44 5,48 5,53 5,58 5,63 5,69 5,78 5,83 5,99 6,15 6,30 6,41 6,65 7,15 10,30 10,60 10,78 10,90 11,00 11,08 11,15 11,20
0,480 0,640 0,800 0,960 1,120 1,280 1,440 1,600 1,680 1,840 1,920 1,960 1,976 1,992 2,000 2,008 2,016 2,024 2,032 2,040 2,048 2,056 2,064
A continuacion se muestra un grafico con la comparacion entre la curva de la relacion entre el pH vs la proporcion molar OH/Co:
pH vs OH/Co 12.00 10.00 8.00 pH 6.00 4.00
EXPERIMENTAL
2.00
TEORICO
0.00 0.000
0.500
1.000
1.500 OH/Co
José Luis Gonzáles Quino©
25
2.000
2.500
Laboratorio de Química Inorgánica II FN - UMSA Titulación de 25 ml de de concentración 0.25 M con NaOH de concentración 0.5 M:
[ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8
José Luis Gonzáles Quino©
EXPERIMENTAL pH OH/Co 5,92 0,000 7,02 0,008 7,09 0,016 7,15 0,024 7,17 0,032 7,18 0,048 7,19 0,064 7,20 0,080 7,24 0,160 7,26 0,240 7,28 0,320 7,32 0,400 7,39 0,560 7,45 0,720 7,48 0,800 7,52 0,960 7,63 1,120 7,71 1,280 7,80 1,440 7,90 1,600 7,94 1,680 8,08 1,840 8,17 1,920 8,24 1,960 8,25 1,976 8,27 1,992 8,28 2,000 8,30 2,008 8,31 2,016 8,32 2,024 8,34 2,032 8,36 2,040 8,41 2,048 8,42 2,056 8,45 2,064 8,56 2,080 8,68 2,096 8,78 2,112 9,08 2,128 10,56 2,144
26
TEORICO pH OH/Co 4,95 0,000 4,95 0,008 4,95 0,016 4,96 0,024 4,96 0,032 4,96 0,048 4,97 0,064 4,97 0,080 4,99 0,160 5,00 0,240 5,02 0,320 5,04 0,400 5,08 0,560 5,11 0,720 5,14 0,800 5,18 0,960 5,23 1,120 5,28 1,280 5,35 1,440 5,43 1,600 5,48 1,680 5,64 1,840 5,80 1,920 5,95 1,960 6,06 1,976 6,30 1,992 7,15 2,000 11,00 2,008 11,30 2,016 11,48 2,024 11,60 2,032 11,70 2,040 11,77 2,048 11,84 2,056 11,90 2,064 11,99 2,080 12,07 2,096 12,13 2,112 12,19 2,128 12,24 2,144
Laboratorio de Química Inorgánica II 27,0 28,0
11,14 11,79
FN - UMSA 2,160 2,240
12,28 12,45
2,160 2,240
A continuacion se muestra un grafico con la comparacion entre la curva de la relacion entre el pH vs la proporcion molar OH/Co:
pH vs OH/Co 14.00 12.00 10.00 pH
8.00 6.00 4.00
EXPERIMENTAL
2.00
TEORICO
0.00 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
OH/Co
Tambien se procede a la comparacion de las especies formadas a cada pH experimental y teórico: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: [ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0
EXPERIMENTAL pH Especie formada ( ) ( ) 6,30 ( ) ( ) 7,46 ( ) ( ) 7,55 ( ) ( ) 7,63 ( ) ( ) 7,66 ( ) ( ) 7,67 ( ) ( ) 7,70 ( ) ( ) 7,71 ( ) ( ) 7,75 ( ) ( ) 7,78 ( ) ( ) 7,79 ( ) ( ) 7,81 ( ) ( ) 7,84 ( ) ( ) 7,90 ( ) ( ) 7,93 ( ) ( ) 7,98
José Luis Gonzáles Quino©
27
pH 5,30 5,30 5,30 5,31 5,31 5,31 5,31 5,32 5,34 5,35 5,37 5,39 5,41 5,44 5,48 5,53
TEORICO Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 14,0 16,0 18,0 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8
8,02 8,07 8,15 8,25 8,29 8,53 8,76 9,01 9,20 9,34 9,48 9,66 9,82 9,87 10,00 10,10 10,21 10,28 10,37
Titulación de 25 ml de
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
FN - UMSA ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
5,58 5,63 5,69 5,78 5,83 5,99 6,15 6,30 6,41 6,65 7,15 10,30 10,60 10,78 10,90 11,00 11,08 11,15 11,20
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
de concentración 0.25 M con NaOH de concentración
0.5 M: EXPERIMENTAL [ml] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 9,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0
pH 5,92 7,02 7,09 7,15 7,17 7,18 7,19 7,20 7,24 7,26 7,28 7,32 7,39 7,45 7,48 7,52 7,63 7,71 7,80
José Luis Gonzáles Quino©
TEORICO
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
28
pH 4,95 4,95 4,95 4,96 4,96 4,96 4,97 4,97 4,99 5,00 5,02 5,04 5,08 5,11 5,14 5,18 5,23 5,28 5,35
Especie formada ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Laboratorio de Química Inorgánica II 20,0 21,0 23,0 24,0 24,5 24,7 24,9 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8 26,0 26,2 26,4 26,6 26,8 27,0 28,0
7,90 7,94 8,08 8,17 8,24 8,25 8,27 8,28 8,30 8,31 8,32 8,34 8,36 8,41 8,42 8,45 8,56 8,68 8,78 9,08 10,56 11,14 11,79
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
FN - UMSA ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
5,43 5,48 5,64 5,80 5,95 6,06 6,30 7,15 11,00 11,30 11,48 11,60 11,70 11,77 11,84 11,90 11,99 12,07 12,13 12,19 12,24 12,28 12,45
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
Rendimiento de las titulaciones: Se obtuvieron las siguientes masas de producto: 0,05 M 0,093
Masa [g]
0,25 M 0,645
Se procede a calcular la masa teorica de los productos obtenidos: Titulación de 25 ml de
de concentración 0.05 M con NaOH de concentración
0.1 M: Se procede al calculo de los moles de
presentes en 25 ml de solución:
Formación del acuocomplejo: [
José Luis Gonzáles Quino©
29
(
) ]
Laboratorio de Química Inorgánica II Calculo de los moles de hexaacuocobalto (II):
FN - UMSA
(
)
Formación del gel de hidroxido de cobalto (II): [
(
) ]
[ de [
Se forman teorica del producto:
(
( ) (
(
Titulación de 25 ml de
) (
) ]
) ], ahora se procede a calcular la masa
) (
)
(
) (
)
de concentración 0.25 M con NaOH de concentración
0.5 M: Se procede al calculo de los moles de
presentes en 25 ml de solución:
Formación del acuocomplejo: [
(
) ]
Calculo de los moles de hexaacuocobalto (II): (
)
Formación del gel de hidroxido de cobalto (II): [
(
) ]
Se forman teorica del producto:
[ de [
(
( ) (
(
) (
) (
) ]
) ], ahora se procede a calcular la masa )
(
Los resultados se expresan en la siguiente tabla:
Masa [g] experimental Masa [g] teorico Rendimiento teórico [%]
José Luis Gonzáles Quino©
0,05 M 0,093 1,444 6,44 %
30
0,25 M 0,645 7,219 8,935 %
) (
)
Laboratorio de Química Inorgánica II
FN - UMSA
6. Discusión:
Discusión de los procesos de hidrólisis y condensación:
El comportamiento de las curvas de pH vs la proporcion OH/Co muestra el comportamiento de una reaccion acido – base, se pueden notar 3 zonas importantes en cada curva, en la primera zona, cuando OH/Co=0, ocurre la formación de acucomplejos, esto es viable desde el punto de vista de la teoria de los acidos y bases blandas y duras, el ion al tener una radio iónico relativamente pequeño y una carga de +2 posee una densidad de carga alta, por tanto es un acido duro de fuerza intermedia, este acido interacciona con el agua que al ser igualmente una base dura forma un enlace de coordinacion, en el que el par de electrones no enlazantes del oxigeno en el agua transfiere su densidad de carga a los orbitales d vacios del ion . La fuerza de este enlace depende de las densidades de carga tanto del como del par de electrones no enlazantes del oxigeno en el agua, la densidad de carga en el ion es relativamente alta, así tambien la densidad del átomo de oxigeno en la molecula de agua es alta, por tanto el enlace tendra una fueraza tal que ocurre la desprotonacion del agua, es decir la ruptura del enlace , esto le da desde luego un carácter acido al acuocomplejo debido a la presencia de iones hidronio en la solución en la que esta disuelto el ion . El enlace al ser una interacción de un acido duro con una base dura, se favorece un enlace mas del tipo iónico que del tipo covalente, esto favorece de gran manera la hidrólisis, aunque como se discutio en el anterior parrafo tambien puede ocurrir la formación de iones hidronio por la desprotonacion o incluso la formación de enlaces del tipo . En la segunda zona, cuando 0
Laboratorio de Química Inorgánica II FN - UMSA tampoco existe un exceso importante de ( ) . Para evitar la oxolacion es necesario realiza un control muy cuidadoso del pH principalmente y de la temperatura, ya que a valores muy altos de pH es probable que ocurra la oxolacion. En la tercera zona, cuando OH/Co>2, ocurre un incremento violento del pH, esto es coherente con el hecho de que a una relacion molar mayor a 2 existe un exceso de , ya que todos los iones ya reaccionaron con los iones necesarios para la formación del hidroxido, en esta zona hay la posibilidad de que ocurra la redisolucion del precipitado de ( ) ya que este es anfoterico, a pH demasiado altos ocurre la formación de un hidroxocomplejo como muestra la siguiente reaccion: (
)
Tambien existe la posibilidad de que el del aire y a un importante exceso de iones cobalto según la siguiente reaccion: (
[
(
) ]
sufra una oxidacion, esto debido al oxigeno , ocurriendo la formación del oxohidroxido de
)
(
)
Comparacion entre las curvas teoricas y experimentales, formación de especies hidrolizadas:
Es evidente la diferencia entre las curvas calculadas teoricamente y las hechas experimentalmente pH vs OH/Co en las dos titulaciones realizadas, esto puede explicarse porque los calculos hechos para las curvas teóricas utilizan la teoria de acidos y bases de Bronsted, la cual hace la suposicion que el acido, en este caso el , reacciona completamente con la base en este caso el , por este motivo la teoria de Bronsted de acidos y bases no puede explicar la formación de las especies hidrolizadas, ahí radica la diferencia entre las curvas teoricas y experimentales, en cambio la formación de las especies hidrolizadas puede explicarse muy bien con el Modelo de Carga Parcial de Livage. Las densidades de carga calculadas por el modelo de carga parcial de Livage son coerentes con las densidades de carga de los atomos, en especial con la relacion carga/radio iónico.
Discusion de la estructura del producto:
El producto obtenido es un solido amorfo de color rojo, no cristalino, esto debido a que no hubo las condiciones necesarias para una cristalizacion como ser altas presiones y temperaturas, fue necesario el envejecimiento del producto para completar las reacciones de condensacion tal y como se propuso en el mecanismo de reaccion. ( ) fue tan rapida que no dio Se debe tomar en cuenta de que la precipitacion del tiempo al ordenamiento de las estructuras laminares, así entonces se formo un solido amorfo de ( ) . La presencia de estructuras laminares en el solido amorfo es muy probable, sin embargo estas estructuras no son reproducibles a lo largo de todo el producto, la estructura esta tan desordenada que es muy poco probable que hayan estructuras laminares en un amplio espacio del solido, existiendo aguas superficiales, aguas intersticiales atrapadas entre la estructuraamorfa del José Luis Gonzáles Quino©
32
Laboratorio de Química Inorgánica II FN - UMSA solido y aguas estructurales que forman parte de la estructura laminar misma del hidroxido de cobalto.
Rendimiento teórico:
El bajo rendimiento teórico se debe a que probablemente no haya tanta cantiad de agua de hidratacion o superficial, se debe tomar en cuenta de que el producto una vez envejecido por una semana se filtró y se dejo al aire libre por lo que las aguas pudieron haberse evaporado con el pasar del tiempo. Era de esperar que la solución mas concentrada de haya dado un mejor rendimiento que la solución menos diluida, esto porque, como se discutio anteriormente, la posibilidad de formar particulas coloidales es mayor en la solución concentrada que en la solución diluida, ya que hay mas proximidad entre los iones de y por tanto hay mas posibilidades de formar mas producto en la solución mas concentrada.
7. Conclusiones:
Se logro obtener el precipitado de hidroxido de cobalto (II), a partir de 2 soluciones de ) ] , de 0,25 M y de 0,05 M que forman acuoprecursores como el [ ( titulando con soluciones de NaOH de 0,5 M y 0,1 M respectivamente. Se logro conocer los precursores de las reacciones de hidrólisis mediante el Modelo de Carga Parcial de Livage, que es consistente con las relaciones carga/radio iónico de los atomos.
8. Bibliografía:
Agno Nilthon, Crespo Pedro, Cabrera Saúl, REVISTA BOLIVIANA DE QUÍMICA. Volumen 22, #1 – 2005. Pág. 84- 88. Celso Velásquez Ordoñez, “Síntesis, caracterización y propiedades de tetra-teramiloxido de estaño (IV)”, Tesis de maestría en química, Universidad Autónoma Metropolitana – Iztapalapa, págs.: 7, 8, 10. Renzhi Ma, Zhaoping Liu, Kazunori Takada, Katsutoshi Fukuda, Yasuo Ebina, Yoshio Bando, and Takayoshi Sasaki “Tetrahedral Co(II) Coordination in r-Type Cobalt Hydroxide: Rietveld Refinement and X-ray Absorption Spectroscopy”, 2005, Advanced Materials Laboratory, National Institute for Materials Science, Namiki 1-1, Tsukuba, Ibaraki 305-0044, Japan.
José Luis Gonzáles Quino©
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