estailidad relativa de estaño (iv) y plomo (iv)

Práctica 3.

Estabilidad relativa del Estaño (IV) y el Plomo (IV).

Objetivo: Determinar el centro metálico más oxidante, a través de la síntesis de los correspondientes amino hexacloroderivados y las pruebas de estabilidad.

Estabilidades de los estados de oxidación.

Hay tres fuentes de inestabilidad termodinámica para un estado de oxidación determinado de cualquier elemento de solución acuosa:

1) El elemento puede reducir al hidrogeno en agua o a los iones hidronio.

2) Puede oxidar al oxigeno en agua o a los iones hidroxilo.

3) Puede sufrir desproporcionamiento.

Las especies que reducen u oxidan al agua pueden detectarse en los diagramas de fem.

Otras aplicaciones de las fem incluyen predecir las reacciones redox posibles desde el punto de vista termodinámico y la estabilización de estados de oxidación a través de la formación de complejos.

El estaño forma compuestos con números de oxidación +2 y +4. Los compuestos de Sn(II) (denominados compuestos estañosos) son generalmente más iónicos y reductores, mientras que los de Sn(IV) (llamados compuestos estánicos) son más covalentes y oxidantes.

El estaño reacciona con ácido clorhídrico para dar cloruro de estaño(II):

Sn(s) + 2HCl(ac) SnCl2(ac) + H2(g)

Y con ácidos oxidantes como el nítrico para dar compuestos de estaño(IV):

Sn(s) + 4HNO3(ac) SnO2(s) + 4NO2(g) + 2H2O(l)

El plomo metálico se obtiene tostando en primer lugar el sulfuro en aire, lo cual lo oxida y se obtiene el respectivo óxido.

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(l) + 2SO2(g)

Entonces se reduce:

PbO(s) + C(s) Pb(l) + CO(g)

PbO(s) + CO(g) Pb(l) + CO2(g)

El óxido de plomo(II)se usa para vidriar vasijas de cerámica, pero debido a su toxicidad, su uso ha sido prohibido.

El óxido de plomo(IV) es un compuesto covalente y un poderoso agente oxidante. Puede oxidar el ácido clorhídrico a cloro molecular:

PbO2(s) + 4HCl(ac) PbCl2(s) + Cl2(g) + 2H2O(l)

El uso principal del plomo se encuentra en los acumuladores plomo/ácido. Como el plomo es relativamente impenetrable a la alta energía radiante, rayos X etc.

* Experimento 1

Procedimiento experimental

* Experimento 2


* Pruebas de estabilidad relativa de Sn(IV) y Pb(IV)


El de plomo:

(NH4)2PbCl6, sólido blanco.

No se cuenta con datos de rendimiento.

Resultados

Se obtuvieron dos complejos,

El de estaño:

(NH₄)₂SnCl₆, Un sólido blanco.

Con un rendimiento de: 21.07%

Las pruebas de estabilidad se reportan en la pregunta 5 del cuestionario.

Discusión de resultados

Nosotros realizamos la síntesis del compuesto (NH4)2SnCl6, una síntesis muy sencilla, pero obtuvimos un rendimiento muy bajo, el cual se puede deber a perdidas de reactivo en el momento de la síntesis debido a que eran cantidades pequeñas, formación de compuestos de mayor carácter iónico que podrían haber quedado solubilizadas en el medio de reacción.

Se calculó el rendimiento de la siguiente manera:

H2O▪5 SnCl₄+2NH₄Cl→(NH₄)₂SnCl₆

Se utilizaron 1.222g de SnCl4 penta hidratado.

La masa molecular de SnCl4: 350.502 g/mol

En el caso del compuesto de plomo, se observaron dificultades en la generación de Cl2, ya que el exceso no se estaba dirigiendo por completo a la trampa de sosa. Se observó que al no estar sumergido correctamente el matraz en el baño de hielo, el cloro no burbujeaba dentro de la solución fría.

La solución tomó una coloración amarilla, lo que indicaba que se había formado el compuesto y se había solubilizado. Y aún en el baño de hielo se adicionó la disolución de cloruro de amonio para formar completamente el compuesto complejo de plomo, y se observa con la precipitación de este.

En las pruebas de estabilidad, se observó cómo responden estos compuestos a cambios de temperatura o presencia de otras especies que pudieran alterarlos.

En las pruebas de estaño, el pH predominante fue ácido, debido a que al calentar experimentó una reacción de descomposición en la cual se formaba cloruro de amonio, que en disolución es un ácido débil. El compuesto fue soluble en las 3 pruebas.

Al agregarle la solución de yoduro de potasio, no se observa un cambio notorio, ni desprendimiento de gases, lo cual se lo atribuimos a que no reaccionó, lo cual mantuvo intacto al compuesto que se encontraba solubilizado, no hubo una descomposición o cambio de ligantes cloruros por yoduros, y esto se debe a la poca afinidad para reaccionar entre el centro metálico y el yoduro, con otras palabras, el Sn4+ no es lo suficientemente oxidante como para que al yoduro se oxide.

En las pruebas de plomo se observa la misma tendencia ácida que de igual forma se la atribuimos a la formación de cloruro de amonio. Pero se observó que al ponerlo en contacto con la disolución de yoduro de potasio, el liquido se torna ligeramente amarillo, lo cual nos indica que se llevó una reacción, de igual forma se revisaron potenciales de reducción, y se observa que efectivamente es factible una reacción redox entre el centro metálico y el yoduro, lo cual nos dice que el Pb4+ es lo suficientemente oxidante como para oxidar al yoduro.

Conclusiones

Cuestionario

1. Escriba las reacciones que llevo a cabo para obtener (NH4)2SnCl6.

SnCl₄+2NH₄Cl→(NH₄)₂SnCl₆

2. Escriba las reacciones que llevo a cabo para obtener (NH4)2PbCl6.

MnO₂(s)+4HCl(l)→MnCl₂(s)+Cl₂(g)+2H₂O(l)

PbCl₂(s)+Cl₂(g)→PbCl₄

PbCl₄+2NH₄Cl→(NH₄)₂PbCl₆

3. El (NH4)2SnCl6 se prepara por medio de una reacción simple de complejación, mientras que el (NH4)2PbCl6 requiere de una reacción redox de dos pasos. ¿Por qué?

En el caso del complejo de estaño, partimos de una sal en la cual el estaño ya se encuentra con un número de oxidación (+4), y únicamente se compleja, lo cual indica que el Sn(IV) tiene cierta estabilidad, debido a lo que ya se ha mencionado en el análisis como en la conclusión. Por el contrario, para poder obtener el complejo de plomo, partimos de un compuesto estable de plomo (PbCl2) donde se tiene el catión estable Pb(II), el cual se debe oxidar aún más para poder obtener el Pb(IV). Esto se debe a que debido al alto gasto energético que se debe realizar para obtener un compuesto más inestable que su anterior, e interfieren los fenómenos que se explicaron con anterioridad.

4. El cloro que no reaccionó con la disolución que contiene plomo reacciona con el NaOH de la trampa. ¿Qué productos se forman en la trampa?

2NaOH(ac) + Cl2(g) NaCl(ac) + NaClO(ac) + H2O

5. En un cuadro comparativo, anote las observaciones que hizo por cada prueba de estabilidad relativa realizada.

| (NH4)2SnCl6 | (NH4)2PbCl6 |

Prueba | 1 | 2 | 3 | 1’ | 2’ | 3’ |

1 | Sin olor/color.Solubilidad parcial. | Sin olor/color.Solubilidad parcial. | Soluble con un poco de agitación, sin olor, sin color. | Con un ligero olor irritante. | Con un ligero olor irritante. | Precipitado blanco, el líquido con un ligero color amarillo. |

2 | Solubilizó por completo | Solubilizó por completo | | Se obtiene un precipitado blanco. | Se obtiene un precipitado blanco. | |

3 | Color con indicador rosa. | Color con indicador rosa. | | Color con indicador naranja. | Color con indicador rojo. | |

6. ¿Cuál de los compuestos es más oxidante?

El complejo con el centro metálico de Pb4+, (NH₄)₂PbCl₆.

7. Ecológicamente es muy importante reciclar el plomo recobrado. PbCl2, para posteriores prácticas. ¿Cuáles son los productos de la descomposición térmica que llevó a cabo?

(NH4)2PbCl6 (ac) + ∆ PbCl2↓ + 2NH4Cl (ac) + Cl2↑

8. Mientras que todos los halogenuros de estaño SNX4 son sales termodinámicamente estables que puede sintetizar y manejar con relativa facilidad, el PbBr4 y el PbI4 no lo son. Proponga una explicación.

Al construir una escala de potenciales redox estándar de los pares que se verían involucrados para generar los respectivos yoduros y bromuros, se identifica que aún siendo reductores débiles, el ión yoduro y bromuro reducen de una forma espontanea al ión Pb4+ lo cual justificaría que no existan tales especies, a diferencia de los formados con estaño. De la reacción redox en cada caso se obtendría:

Pb4+ +4 I- Pb2+ +2 I2

Pb4+ +4 Br- Pb2+ +2 Br2

La escala propuesta,

*Datos obtenidos “Handbook of Analytical Chemistry” Lurie.

Toxicidad y datos fisicoquímicos de los reactivos que se utilizaron.

* Cloruro de plomo. (PbCl2)

Propiedades Fisicoquímicas | Toxicidad |

* Punto de Fusión: 501°C * Punto de Ebullición: 950°C * Densidad: 5.85 g/mL | * Contacto con la piel: Se absorbe por la piel, aunque no significativamente. * Contacto con los ojos: Causa daño mecánico e inflamación de ojos, incluso, cataratas. * Inhalación: Los polvos de plomo son más fácilmente absorbidos por los pulmones y provocan intoxicación. * Ingestión: Causa intoxicación.

|

* Dióxido de Manganeso (MnO2)


* Punto de Fusión: 535°C * Punto de Ebullición: Desconocido. * Densidad: Desconocido| * Contacto con la piel: Causa irritación * Contacto con los ojos: Causa irritación * Inhalación: Nocivo por

inhalación * Ingestión: Nocivo por ingestión. |

* Hidróxido de sodio ( NaOH)


* Punto de Fusión: 318.4°C * Punto de Ebullición: 1388°C * Densidad: 1.5 g/mL | * Contacto con la piel: Causa irritación o quemaduras severas. * Contacto con los ojos: Produce irritación con dolor, enrojecimiento y lagrimeo constante. * Inhalación: Puede causar estornudos, dolor de garganta o goteo de nariz. Puede ocurrir neumonía. * Ingestión: Puede causar quemaduras severas en la boca, garganta y estomago. |

* Permanganato de Potasio (KMnO4)


* Se descompone a 240°C. * Densidad relativa (agua=1)= 2.703 g/mL. | * Contacto con la piel: Irritante. * Contacto con los ojos: Corrosivo. * Inhalación: Causa irritación de nariz y tracto respiratorio superior. * Ingestión: Genera quemaduras en tráquea y efectos gastrointestinales como náusea, vómito, ulceración, diarrea o constipación y pérdida de conciencia. |

* Cloruro de Amonio. (NH4Cl)


* Punto de Ebullición: 520 °C * Punto de Fusión: Sublima a 340°C | * Contacto con la piel: Irritación y enrojecimiento. * Contacto con los ojos: Irritación, enrojecimiento y dolor. * Inhalación: Irritación de la nariz, garganta y pulmones. * Ingestión: Causa nauseas, vomito y acidosis. |

* Acido Clorhídrico (HCl)


* Punto de Fusión: -26°C * Punto de Ebullición: 48°C * Densidad: 1.12g/mL | * Contacto con la piel: Causa depilación con ardor. Puede provocar ulceraciones y quemaduras químicas. * Contacto con los ojos: Causa conjuntivitis, sensación de ardor y lagrimeo, erosión de la cornea y epitelio corneal. Puede provocar quemaduras severas y ceguera permanente. * Inhalación: Causa rinitis, tos, ronquera, inflamación y ulceración del tracto respiratorio, bronquitis, neumonía y edema pulmonar. * Ingestión: Puede ocasionar desde inflamación a corrosión de la boca, garganta, esófago y estomago. |

* Etanol (CH3CH2OH)


* Punto de Ebullición: 78.4 °C. * Punto de Fusión: -130 °C. * Densidad relativa (agua=1)= 0.789 g/mL. | * Contacto con la piel: produce dermatitis, resequedad y agrietamiento. * Contacto con los ojos: Irritación * Inhalación: Produce en tracto respiratorio superior, náuseas, vómito, dolor de cabeza, excitación o depresión, adormecimiento y otros efectos narcóticos, coma o incluso, la muerte. * Ingestión: La ingestión constante de grandes cantidades de etanol provoca daños en el cerebro, hígado y riñones, que conducen a la muerte. |

* Hexano (C6H14)


* Punto de Fusión: -95.15°C * Punto de Ebullición: 68.85°C * Densidad: 0.6548 g/mL | * Contacto con la piel: Causa irritación y enrojecimiento. * Contacto con los ojos: Causa irritación y enrojecimiento. * Inhalación: Causa tos y cansancio a concentraciones bajas. A concentraciones altas tiene efecto narcótico. Provocando adormecimiento, confusión mental e inconciencia. * Ingestión: Causa nausea, vomito e irritación de la garganta. |

* Cloruro de estaño (IV). (SnCl4)


* Punto de Fusión: -33°C * Punto de Ebullición: 114°C * Densidad: 2.26 g/mL | * Contacto con la piel: Causa enrojecimiento, ardor y quemaduras. * Contacto con los ojos: Causa enrojecimiento, ardor y quemaduras severas y profundas. * Inhalación: Causa tos, dolor de garganta, sensación de ardor y dificultad para respirar. * Ingestión: Causa dolor abdominal, sensación de acidez y puede llegar al colapso. |

* Yoduro de Potasio (KI)


* Punto de Fusión: 680°C * Punto de Ebullición: 1330°C * Densidad: 3.13 g/mL | * Contacto con la piel: Irritante * Contacto con los ojos: Irritante * Inhalación: Puede causar irritación del tracto respiratorio y de las membranas mucosas. Puede causar tos, edema pulmonar e inflamación de las amígdalas. * Ingestión: irritación del tracto digestivo con nausea, vómito y diarrea. |

Bibliografía

* Z. Szafran, R.M. Pike, M. M. Singh, “Microscale Inorganic Chemistry”. 1ra Edición. Editorial John Wiley and Sons, Inc. 1991. Pp. 181-188.

* Huheey, James E. “Química Inorgánica”. 4ta Edición. Editorial Oxford y Alfaomega. 1997. Pp. 627-630.

* http://www.quimica.unam.mx/cont_espe2.php?id_rubrique=54&id_article=1341&color=e6ad04&rub2=564

Hojas de Seguridad

* http://www.arvicr.com/

* http://antiguo.itson.mx/

estailidad relativa de estaño (iv) y plomo (iv)

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