ESPOCH

Facultad de Ciencias

Escuela de Ciencias Químicas

Carrera de Ingeniería Química

FCIQ302

QUÍMICA INORGÁNICA

MANUAL DE EXPERIMENTOS

SEPTIEMBRE 2010

2

Introducción

Este manual de experimentos para la asignatura de química inorgánica ilustra la utilización algunos de principios de la química verde para desarrollar prácticas que se caracterizan por emplear materiales y reactivos simples (de preferencia renovables), baratos, de fácil adquisición y de bajo impacto al ambiente, y frecuentemente utilizan equipos adaptados y/o construidos por los propios estudiantes aplicando conocimientos científicos básicos. Esto genera una significativa reducción de costos y de riesgos ambientales al compararlos con la realización de prácticas tradicionales. Además, por su naturaleza, estas prácticas resultan más seguras para la salud e integridad física de los estudiantes.

Las ideas para el diseño e implementación de estas prácticas de laboratorio económicas y respetuosas del ambiente han sido extraídas de una revisión de fuentes tales como revistas científicas especializadas que promueven la utilización de la química verde en la educación (Journal of Chemical Education, The Chemical Educator, The Science Teacher), y otros documentos. Para su realización se ha contado con el asesoramiento del Dr. Richard Deming, Ph. D. en química, profesor de California State University, Fullerton y del Dr. Dennis Cazar, Ph.D. en ciencias informáticas de la Universidad de Pavía, Italia. Se considera que este manual es un instrumento útil para las actividades de laboratorio del curso de química inorgánica que se enseña en la carrera de Ingeniería Química así como para otros cursos similares que ofertan las otras carreras de la Facultad de Ciencias de la ESPOCH.

Robert A. Cazar Profesor de Química Inorgánica

Experimento No. 1

Geometría Molecular: Experiencias con modelos y software

Objetivo

Aplicar la teoría de repulsión de electrones de capas de valencmodelos de algunas moléculas usando software especializado y kits de modelación.

Teoría

La teoría VSEPR se basa en la repulsión electrostática entre cargas similares. Los pares de electrones en una molécula pueden ser pares de eátomos participantes en el enlace o pares libres. Ambos constituyen regiones de carga negativa y se conocen como “dominios electrónicos”. En efecto, un “dominio electrónico” se refiere a un par libre o a un enlace, sea éste simple, doble o triple.

Los dominios electrónicos en las moléculas, al ser regiones de carga negativa, tienden a ubicarse lo más lejos posible unos de otros. Los arreglos resultantes en torno al átomo central dependen del número total de dominios electrónicos en torno al átomo ccontinuación muestra los arreglos más estables para de 2 a 6 dominios electrónicos alrededor del átomo central.

Determinar la geometría de una molécula cuyo átomo central está rodeado tanto por pares de electrones de enlace como por pares libres es algo más complicado. En estas moléculas hay tres tipos de fuerzas de repulsión, a saber:

a) Repulsión par enlazado – b) Repulsión par enlazado – c) Repulsión par libre – par libre

La fuerza relativa de estas repuls

Repulsión par libre – par libre > Repulsión par enlazado par enlazado

Un par de electrones libre ocupa mayor espacio que un par enlazado y provoca mayor repulsión hacia otros pares libres o hacia pacentral distorsiona la geometría molecular y dificulta la predicción de los ángulos de enlace.

Tabla I. Geometrías preferidas para moléculas en las que el átomo central está rodeado de 2 adominios electrónicos.

Geometría Molecular: Experiencias con modelos y software

Aplicar la teoría de repulsión de electrones de capas de valencia (VSEPR) para cmodelos de algunas moléculas usando software especializado y kits de modelación.

La teoría VSEPR se basa en la repulsión electrostática entre cargas similares. Los pares de electrones en una molécula pueden ser pares de enlaces los cuales son compartidos por los átomos participantes en el enlace o pares libres. Ambos constituyen regiones de carga negativa y se conocen como “dominios electrónicos”. En efecto, un “dominio electrónico” se refiere a un

lace, sea éste simple, doble o triple.

Los dominios electrónicos en las moléculas, al ser regiones de carga negativa, tienden a ubicarse lo más lejos posible unos de otros. Los arreglos resultantes en torno al átomo central dependen del número total de dominios electrónicos en torno al átomo central. La tabla que aparece a continuación muestra los arreglos más estables para de 2 a 6 dominios electrónicos alrededor del

Determinar la geometría de una molécula cuyo átomo central está rodeado tanto por pares de como por pares libres es algo más complicado. En estas moléculas hay tres

tipos de fuerzas de repulsión, a saber:

par enlazado par libre

par libre

La fuerza relativa de estas repulsiones varía así

par libre > Repulsión par enlazado – par libre > Repulsión par enlazado

Un par de electrones libre ocupa mayor espacio que un par enlazado y provoca mayor repulsión hacia otros pares libres o hacia pares enlazados. La presencia de pares libres sobre el átomo central distorsiona la geometría molecular y dificulta la predicción de los ángulos de enlace.

I. Geometrías preferidas para moléculas en las que el átomo central está rodeado de 2 a

3

Geometría Molecular: Experiencias con modelos y software

ia (VSEPR) para construir modelos de algunas moléculas usando software especializado y kits de modelación.

La teoría VSEPR se basa en la repulsión electrostática entre cargas similares. Los pares de nlaces los cuales son compartidos por los

átomos participantes en el enlace o pares libres. Ambos constituyen regiones de carga negativa y se conocen como “dominios electrónicos”. En efecto, un “dominio electrónico” se refiere a un

Los dominios electrónicos en las moléculas, al ser regiones de carga negativa, tienden a ubicarse lo más lejos posible unos de otros. Los arreglos resultantes en torno al átomo central dependen

entral. La tabla que aparece a continuación muestra los arreglos más estables para de 2 a 6 dominios electrónicos alrededor del

Determinar la geometría de una molécula cuyo átomo central está rodeado tanto por pares de como por pares libres es algo más complicado. En estas moléculas hay tres

par libre > Repulsión par enlazado –

Un par de electrones libre ocupa mayor espacio que un par enlazado y provoca mayor repulsión res enlazados. La presencia de pares libres sobre el átomo

central distorsiona la geometría molecular y dificulta la predicción de los ángulos de enlace.

I. Geometrías preferidas para moléculas en las que el átomo central está rodeado de 2 a 6

4

La tabla que sigue resume las geometrías moleculares de moléculas con pares de electrones libres sobre el átomo central:

5

Tabla II. Geometrías de moléculas con pares de electrones libres sobre el átomo central.

# pares sobre # pares sobre Geometría Geometría Ejemplo al átomo el átomo Electrónica Molecular central central 3 1 Trigonal plana Angulada SO2, GeCl2

4 1 Tetraédrica Pirámide trigonal NH3

4 2 Tetraédrica Angulada H2O

5 1 Bipirámide trigonal “Dentada” SF4

5 2 Bipirámide trigonal “Forma de T” ICl3

5 3 Bipirámide trigonal Lineal I3

−

6 1 Octaédrica Pirámide Cuadrada ClF5

6 2 Octaédrica Plana Cuadrada XeF4

6

Técnica Experimental

Materiales y equipos

• Software Spartan • Kit de modelos moleculares • Computador

Procedimiento

1. Utilizando el software Spartan construya modelos de las siguientes moléculas:

CO2 BCl3 NO2− CHCl3 PCl5 SF6

2. Usando el kit de modelación molecular construya las siguientes moléculas

H2O NH3 CH2Cl2 CS2

3. Clasifique las moléculas construidas en los pasos 1 y 2 de acuerdo a su geometría, elabore una tabla de resultados, incluya geometría electrónica, geometría molecular, ángulos de enlace y distancias de enlace (Spartan).

4. El benceno es el compuesto aromático más reconocido, construya modelos del benceno usando Spartan y el kit de modelación.

(a) (b) (c)

Figura 1. Geometrías de algunas moléculas construidas con el software Spartan. (a) BCl3 (b) CHCl3 y (c) SF6.

7

Figura 2. Algunos modelos construidos con el kit de modelación molecular. Aparecen de izquierda a derecha los modelos del CH2Cl2, CS2, NH3 y H2O.

Figura 3. Modelo molecular del benceno, C6H6, construido con Spartan.

8

Figura 4. Modelo molecular del benceno, C6H6, construido con el kit.

Cuestionario 1. Dé una definición de la teoría VSEPR. En qué se fundamenta? 2. En qué difieren la geometría electrónica y la geometría molecular de un compuesto? 3. Investigue sobre otros paquetes de software para construir modelos moleculares que se

usan comúnmente.

9

Experimento No. 2

Cálculo de la constante de fuerza de un enlace

Objetivo

Calcular la constante de fuerza del enlace C – H del cloruro de metilo

Teoría

La constante de fuerza de un enlace denotada por k, es una medida de su rigidez y por tanto da cuenta de la estabilidad del enlace, mientras mayor sea el valor de k más fuerte y estable es el enlace.

El valor de k puede estimarse experimentalmente a partir del espectro infrarrojo de una molécula que contiene tal enlace. Basta identificar en el espectro una banda de absorción correspondiente al enlace y resolver la siguiente ecuación:

�� = ���� �

(1)

Donde, �� = número de onda de la banda (en cm-1)

c = velocidad de la luz (3 × 1010 cm/s)

µ = masa reducida del sistema C – H

Despejando k de la ecuación (1) se obtiene:

� = 4 ��������� (2)

Técnica Experimental

Materiales y equipos

• Software Spartan • Computador • Calculadora

Procedimiento

1. Empleando Spartan construya un modelo de la molécula de cloruro de metilo y genere su espectro infrarrojo.

2. Identifique la banda de estiramiento del enlace C – H, recabe el valor de número de onda asociado con ésta. Con tal valor calcule la constante de fuerza del enlace usando la ecuación (2).

3. En la tabla de bandas de absorción, encuentre el valor dado por literatura para la constante de fuerza calculada y estime el error porcentual cometido.

10

Figura 5. Espectro infrarrojo del CH3 Cl calculado por Spartan Cuestionario

1. Defina los términos a) constante de fuerza de un enlace, b) espectroscopía, c) espectro de absorción d) espectro de emisión.

2. Qué tipo de niveles de energía son excitados cuando se irradia una molécula con radiación infrarroja?

3. No todas las moléculas producen espectros infrarrojos. Busque una explicación química de esta particularidad.

4. A qué atribuye la discrepancia entre el valor calculado y el valor de literatura de la constante de fuerza del enlace.

11

Experimento No. 3

Identificación de elementos y operaciones de simetría de algunas moléculas mediante software y modelos

Objetivo

Identificar los diferentes elementos y operaciones de simetría presentes en las moléculas.

Teoría

La simetría es un fenómeno común en el mundo que nos rodea. Es muy fácil encontrar objetos de uso cotidiano que manifiestan esta propiedad. Una operación de simetría mueve a una molécula alrededor de un eje, punto o plano (el elemento de simetría) hasta una posición que es indistinguible de la posición original. Las moléculas pueden poseer ejes de simetría, un centro de simetría, y planos espejo como elementos de simetría. La Tabla III contiene una lista de los elementos de simetría y las operaciones asociadas.

Tabla III. Elementos y operaciones de simetría

Elemento de simetría Operación de simetría Ejemplo

Plano espejo, σσσσ Reflexión en el plano, �� La molécula de H2O tiene dos planos de simetría

Centro de simetría, iiii Inversión respecto al centro de simetría, ��

La molécula de XeF4 tienen un centro de simetría

Eje rotacional, Cn Rotación en torno al eje, ��� La molécula de NH3 tiene un eje de simetría C3

Identidad, E Rotación de 360° Todas las moléculas tienen el elemento identidad

Eje impropio, Sn Rotación impropia, , ��� La molécula de CH4 tiene impropio S4

Figura 6. Los elementos de simetría de la molécula de H2O (dos planos espejo y un eje de simetría C2).

12

Técnica Experimental

Materiales y Equipos

• Software Spartan • Kit de modelos moleculares • Computador

Procedimiento

1. Usando el kit, construya los modelos de las siguientes moléculas: CO2, NH3, CH4, y C6H6. Usando un pequeño espejo y unos palillos identifique los elementos de simetría más notables de cada una de ellas.

2. Usando Spartan construya los modelos de las siguientes moléculas: XeF4, SF6, Tolueno, y CH3Cl. Copie los modelos a MS Paint y agregue los elementos de simetría más notables de cada una de ellas.

Cuestionario 1. Defina los términos elemento de simetría y operación de simetría. En qué difieren? 2. Averigüe que son los “grupos de simetría”. Haga una lista de éstos. 3. Seleccione un objeto de uso común e identifique los elementos de simetría que posee. 4. Cuál es el objeto más simétrico que conoce? Explique su selección

13

Experimento No. 4

Construcción de un espectroscopio y determinación del espectro de la luz visible

Objetivo:

Observar los colores contenidos en la luz visible e investigar como éstos interactúan con materia de diversos colores.

Teoría

La luz blanca del sol o de un foco es una mezcla de muchos colores La luz blanca puede ser separada en sus diferentes colores usando un prisma o una rejilla de difracción. Las pistas regularmente espaciadas de un CD actúan como una rejilla de difracción. Se puede usar un CD para construir un espectroscopio simple y barato para observar el espectro de colores de la luz blanca e investigar como los diferentes colores presentes en esta luz interactúan con materia coloreada.

Figura 7. Espectro de colores contenidos en la luz blanca

Técnica Experimental:

Materiales, Equipos y Reactivos

Ud necesitará construir un espectroscopio usando cartón, tijeras, regla, cinta adhesiva y un CD. También requiere una fuente de luz, una caja petri transparente, agua y colorantes de alimentos.

Procedimiento

1. Construya el espectroscopio (seguir las instrucciones que aparecen al final del experimento)

2. Sostenga el espectroscopio de modo que la luz de sol o de un foco brille a través de la ranura de entrada. Mire a través del visor del espectroscopio (Precaución: evite mirar si la luz de sol es muy fuerte porque puede dañar los ojos, en tal caso use una fuente de luz menos intensa). Anote lo que observa.

3. Coloque una caja petri con agua sobre la ranura de entrada. Trate de mantener el recipiente lo más quieto posible, y mire por el visor. Anote lo que observa. Repita usando una solución preparada disolviendo una gota de colorante en 100 mL de agua. Anote lo que observa. Añada dos gotas adicionales de colorante a la solución y repita la observación. Remueva la mitad de la solución presente en la caja y vuelva a observar. Tiene algún efecto la profundidad de la solución sobre la apariencia del espectro?

Cuestionario

14

• Investigue acerca de los colores complementarios • Nombre tres pares de colores complementarios • Explique porque cuando una persona viste ropa negra y se expone al sol siente que su

ropa “quema” casi de inmediato.

Construcción del espectroscopio

La Figura 1 muestra el plano del espectroscopio. Para fabricarlo, corte una hoja de cartulina gruesa o cartón (el de una caja de cereales funciona bien) en la forma y tamaño que aparecen en la figura, y recorte la ranura de entrada, el visor, y el puerto de inserción del CD.

Figura 8. Plano del espectroscopio.

Figura 9. Esquema que muestra una vista lateral del espectroscopio.

15

Cuestionario 1. Qué significa “colores complementarios”. Nombre 3 pares de colores complementarios 2. Cómo se relacionan los colores complementarios a la absorción de luz por objetos de

color? 3. De qué factores depende la cantidad de luz absorbida por una solución de color?

16

Experimento No. 5

Determinación de densidades de algunos metales

Objetivo

Calcular las densidades de algunos metales aplicando el principio de Arquímedes.

Teoría

La densidad es una propiedad física importante de la materia que sirve, entre otras cosas, para identificar una sustancia. Se denota por ρ, y se define como la masa por unidad de volumen:

� = ���� !"#�$% (3)

La unidad SI para esta propiedad es kilogramo por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad es demasiado grande para la mayoría de aplicaciones en química, por lo que la unidad gramos por centímetro cúbico (g/cm3) es más ampliamente usada.

La densidad de un sólido regular es muy fácil de determinarla, pues se mide su volumen por geometría, luego se calcula su masa pesándolo en una balanza y se aplica la fórmula de densidad.

La densidad de un sólido irregular, en cambio, se obtiene de manera indirecta aplicando el principio de

Arquímedes, para esto se mide el volumen que desplaza el sólido al sumergirse en un agua y luego se mide la masa del sólido. Finalmente se aplica la fórmula de densidad.

Los metales muestran un amplio rango de variación en cuanto a densidad, siendo el litio (ρ = 0,534 g/cm3) el menos denso; en tanto que el iridio (ρ = 22,4 g/cm3) es el más denso de todos.

En este experimento se medirán las densidades de algunas muestras de metales.

Técnica Experimental

Equipo, materiales y reactivos

• Balanza con precisión de 0.1 g • Termómetro • Pesa muestras • Regla • Muestras de algunos metales (regulares e irregulares) • Probeta de 50 mL • Agua

Procedimiento

Determinación de la densidad del agua

1. Pese la probeta vacía, asegúrese de que está limpia y seca. 2. Añada un volumen conocido de agua a la probeta y mida su temperatura 3. Pese la probeta con agua y determine por diferencia la masa de agua. Calcule su densidad usando

la ecuación (3). 4. Repita los pasos 1 a 3 con otro volumen de agua 5. Obtenga el promedio de ambas determinaciones

Determinación de la densidad de las muestra de metales

a) Muestras regulares

17

Pese la muestra y calcule su volumen de acuerdo a su forma geométrica (use la regla o el cartabón). Con estos datos, determine su densidad usando la ecuación (3)

b) Muestras irregulares Pese la muestra y mida su volumen aplicando el principio de Arquímedes (midiendo el volumen desplazado por la muestra al sumergirse en una probeta con un volumen conocido de agua). Con estos datos, determine su densidad usando la ecuación (3).

Finalmente, determine los errores porcentuales de los resultados obtenidos comparándolos con los respectivos valores de literatura.

Cuestionario 1. La densidad es una propiedad intensiva. Defina los términos “propiedad intensiva” y “propiedad

extensiva”. Dé ejemplos de propiedades intensivas y extensivas. 2. Cuáles son las variables que afectan la medición de la densidad? Explique con un ejemplo. 3. En la industria, para qué sirve conocer las densidades de los metales? Elabore su respuesta

18

Experimento No. 6

Medición del pH de algunas sustancias comunes

Objetivo

Reconocer el carácter ácido o básico de algunas sustancias comunes midiendo su pH.

Teoría

Arrhenius define un ácido como una sustancia que produce iones H+ en el agua, y define a una base como una substancia que produce iones OH– en agua. El HCl – uno de los ácidos más fuertes – es un ácido de Arrhenius. El hidróxido de sodio – una de las bases fuertes – es una base de Arrhenius.

Cuando un ácido o base fuerte se disuelven en agua, ambos se ionizan completamente:

&�' → &)�*�� + �',�*��

-*.& → -*)�*�� + .&,�*��

Ácidos y bases débiles tales como el ácido acético y el amoniaco también se comportan de acuerdo con las definiciones de Arrhenius, pero difieren de los ácidos fuertes porque al disolverse en agua se ionizan sólo parcialmente.

Se puede establecer cuantitativamente la acidez o basicidad de una sustancia midiendo su pH, el cual está asociado a la concentración de iones H+ en una disolución acuosa:

/& = −'123&)4 (4)

Los valores de pH de algunas substancias comunes se encuentran en la Figura 10.

19

Figura 10. Acidez y basicidad de algunas substancias.

Usando la ecuación (4) se puede calcular el pH del agua pura:

/& = −'1231 × 10,84 = 7.00

Una solución ácida es aquella en la cual la concentración de iones H+ es mayor de 1.0 10–7 M y por tanto tiene un pH menor de 7.00.

Por el contrario, una solución básica es aquella en la cual la concentración de iones H+ es menor de 1.0 10–7 M y por tanto tiene un pH mayor a 7.00.

Técnica Experimental

Materiales, equipos y reactivos

6 vasos de precipitación de 150 mL

Probeta de 50 mL

12 tiras indicadoras de pH

Sustancias comunes (Vinagre, jugo de limón, agua del grifo, bebida favorita, leche de magnesia, solución de HCl 0,1 M)

20

Procedimiento

Primero, prediga el pH de las sustancias disponibles (revise la figura 10). Luego, vierta 50 mL de cada sustancia en un vaso limpio y seco. Mida el pH de cada una usando las tiras indicadoras (ayúdese con la escala de colores provista por el instructor). Repita esta operación y calcule el pH promedio de las sustancias. Determine cuales de ellas son ácidas y cuales son básicas. Llene la siguiente tabla:

Tabla IV. Datos obtenidos durante el experimento

Sustancia pH esperado pH1 pH2 pH promedio Ácido o Base?

Vinagre

Jugo de limón

Agua del grifo

Bebida favorita

Leche de magnesia

HCl 0,1 M

Finalmente, vierta 50 mL de leche de magnesia en vaso. Agregue algo de HCl 0,1 M a esta suspensión y agite con una varilla, observe que ocurre. Añada más solución del ácido y anote sus observaciones.

Cuestionario 1. Anote las sustancias que son ácidas de acuerdo con sus análisis. Que característica tienen

en común? 2. Anote las sustancias que son básicas de acuerdo con sus análisis. Que característica

tienen en común? 3. Explique lo que ocurre cuando se agrega la disolución de HCl a la leche de magnesia.

Que reacción se produce? Escríbala 4. Investigue sobre los “antiácidos”, escriba un pequeño ensayo respecto a este tema.

21

Experimento No. 7

Preparación de un compuesto de coordinación: Cloruro de hexaaminocobalto (III)

Objetivo

Ilustrar la formación de un compuesto de coordinación.

Teoría

Compuestos que contienen complejos – un ión metálico central enlazado a varias moléculas o aniones que lo rodean – se llaman compuestos de coordinación. Cuando un complejo posee carga, éste se llama ión complejo. A continuación aparecen las fórmulas de algunos complejos y compuestos de coordinación:

;<3=> ��-�?4 3@2�-&A��4) 3-B��.�C4 Las moléculas o aniones que rodean al ión metálico, se denominan ligandos. Algunos ligandos comunes son agua, amoniaco, los iones oxhidrilo, cianuro y cloruro, entre otros. Cada uno de estos tiene por lo menos un par de electrones no compartidos que utiliza para coordinarse

(formar un enlace covalente coordinado) con el ión metálico. El ión metálico central puede actuar como ácido de Lewis, aceptando electrones de los ligandos, los cuales actúan como bases de Lewis. El átomo del ligando que está directamente enlazado con el metal se llama átomo

donante y es el que dona el par de electrones libres al ión metálico.

El ión metálico y los ligandos covalentemente enlazados a él constituyen la esfera de

coordinación del complejo. El número de átomos unidos al ión metálico es el número de

coordinación. Los números de coordinación 2, 4 y 6 son comunes. La geometría de un complejo se determina en parte por su número de coordinación – el tamaño de los ligandos también afecta la geometría – .

Tabla V. Geometrías asociadas a los números de coordinación más usuales.

En este experimento, se sintetiza un compuesto de coordinación cuya geometría es octaédrica, el cloruro de hexaaminocobalto (III),

Técnica Experimental

Materiales, equipos y reactivos

• Erlenmayer de 250 mL • Vaso de precipitación de 250 mL

22

• Bureta • Embudo • Agua desionizada • Carbón activado • Cloruro de amonio

Procedimiento

Agregue 5.0 g de CoCl2 • 6H

2O y 3.3 g de NH

4Cl a 30 mL de agua desionizada en un Erlenmayer de

250-mL. En la campana agregue 1.0 g de carbón activado y 45mL de amoniaco concentrado acuoso. Enfríe el “barro” café obtenido hasta 0°C en un baño de hielo, entonces añada 4.0 mL de H

2O

2 al

30% desde una bureta. No permita que la temperatura sobrepase los 10°C. Caliente la solución resultante color ladrillo a 60°C, y mantenga esta temperatura por 30 minutos. (La incubación es necesaria para asegurar el complete de desplazamiento de todos los ligandos “acuo”.) Enfríe la mezcla a 0°C; el producto precipitará de la solución. Recolecte el producto y el carbón por filtración. Es necesario recristalizar para separar el producto del carbón activado. Coloque el sólido en un Erlenmayer de 250 mL y agregue 40 mL de agua caliente y 1.0 mL de HCl concentrado (pruebe la solución con papel indicador si es necesario, añada unas pocas gotas mas de HCl). Caliente la mezcla a 70°C, y filtre mientras todavía está caliente. Coloque el filtrado en un baño de hielo, y adicione 1.0 mL de HCl concentrado frío (el producto puede ser precipitado por el efecto del ión común). Colecte el sólido naranja por filtración. Lave con 25 mL de etanol frío, y deje que se seque al ambiente.

Cuestionario 1. Los compuestos de coordinación son sumamente importantes en química inorgánica.

Defina los términos a) ión complejo, b) ligando, c) quelato y d) compuesto de coordinación

2. Dé una explicación química de porqué se agrega carbón activado en el proceso de obtención del compuesto.

3. Qué usos industriales tienen los compuestos de coordinación. Investigue y escriba un pequeño ensayo al respecto.

23

Experimento No. 8

Acción de las Zeolitas en el Detergente para Lavado de Ropa

Objetivo

Examinar las propiedades de la zeolita de sodio A presente en un detergente para lavar ropa.

Teoría Una Zeolita (aluminosilicato) es un ejemplo de un compuesto inorgánico que con certeza se encuentra en la mayoría de los laboratorios donde se hace investigación química, en nuestros hogares, y es utilizada en muchos procesos industriales importantes. El aluminosilicato usado en detergentes de ropa en polvo es la zeolita de sodio A, denotada por Na4Z. La función de la zeolita de sodio A es la de “suavizar” el agua de lavado a través del intercambio iones, la zeolita transfiere iones Na+ al agua mientras remueve iones Mg2+ , Ca2+ y otros iones metálicos mediante la siguiente reacción:

Mg�) + Ca�) + Na<I → CaMgI + 4Na)

Figura 11. Estructura molecular de una zeolita.

La estructura microporosa de la zeolita le permite intercambiar selectivamente los iones mencionados mediante un proceso conocido como “exclusión por tamaño”.

Figura 12. Estructura de un polifosfato.

24

Las zeolitas han reemplazado con ventaja a otros agentes suavizantes del agua de lavado, como los polifosfatos. Las zeolitas son mucho más amigables con el ambiente que sus antecesores ya que no son tóxicas y evitan el crecimiento de algas y la eutroficación en lagos y ríos.

Técnica Experimental

Materiales, equipos y reactivos

• Detergente de ropa en polvo que contenga aluminosilicato • Balanza • 2 vasos de precipitados de 100 mL • Varilla de agitación • Embudo • Papel filtro mediano • 2 tubos de ensayo con tapa • Agua destilada y agua de grifo • Jabón líquido para lavar platos • Gotero

Procedimiento

1. Pese 6 gramos de detergente de ropa granulado 2. Coloque 50 mL de agua destilada en un vaso de 100 mL. Agregue el detergente al agua y

agite con la varilla por varios minutos. Algo de sólido permanecerá, esto es la zeolita A, ya que es el único componente insoluble del detergente.

3. Doble un pedazo de papel filtro como lo especifique su instructor y colóquelo en un embudo. Filtre el contenido del vaso. Describa que permanece en el papel filtro (la sustancia en el filtro es la zeolita A).

4. Después de que la solución haya pasado a través del filtro, saque el papel filtro y desdóblelo.

5. Tome dos tubos de ensayo y agregue agua hasta la mitad. Usando un gotero, añada una gota muy pequeña de jabón líquido lavaplatos en cada tubo. Rotule los tubos 1 y 2. Añada la mitad de la zeolita extraída del detergente al tubo 1 (no es necesario secar la zeolita).

6. Tape bien ambos tubos. Con uno en cada mano, agite simultáneamente ambos tubos cinco o seis veces. Compare la altura de la espuma de cada uno.

25

Cuestionario 1. La cantidad de espuma formada por el jabón en el agua se relaciona con la dureza del

agua. Defina los términos “agua dura” y “agua suave”. Dé una explicación química de cómo la dureza afecta la formación de la espuma de jabón.

2. Cambió la dureza del agua al agregar la zeolita? Que ocurre químicamente a los iones del agua cuando se añade la zeolita?

3. La zeolita de sodio A es higroscópica. Qué significa este término? Podría esta propiedad afectar la masa de detergente si el experimento se ejecuta en un ambiente húmedo?

4. Cuales son otros usos de las zeolitas? Investigue y escriba un pequeño ensayo al respecto.

26

Bibliografía

1. Journal of Chemical Education(http://pubs.acs.org/journal/jceda8?cookieSet=1) 2. The Chemical Educator (http://chemeducator.org/) 3. Journal: The Science Teacher (http://www3.nsta.org/advscienceteacher) 4. Journal: Green Chemistry (www.rsc.org/Publishing/Journals/GC/index.asp) 5. Química Inorgánica Básica, Cotton & Wilkinson, Ed. Limusa, México 2002.

27

TABLA DE CONTENIDOS Introducción .................................................................................................................................... 2 EXPERIMENTO No. 1: Geometría Molecular: Experiencias con modelos y software ................ 3 EXPERIMENTO No. 2: Cálculo de la constante de fuerza de un enlace ....................................... 9 EXPERIMENTO No. 3: Identificación de elementos y operaciones de simetría de algunas moléculas mediante software y modelos ....................................................................................... 11 EXPERIMENTO No. 4: Construcción de un espectroscopio y determinación del espectro de la luz visible ...................................................................................................................................... 13 EXPERIMENTO No. 5: Determinación de densidades de algunos metales .............................. 16 EXPERIMENTO No. 6: Medición del pH de algunas sustancias comunes ................................. 18 EXPERIMENTO No. 7: Preparación de un compuesto de coordinación: Cloruro de hexaaminocobalto (III) .................................................................................................................. 21 EXPERIMENTO No. 8: Acción de las Zeolitas en el Detergente para Lavado de Ropa ............. 23 BIBLIOGRAFÍA ………………………………………………………………………………..26