Compuestos y propiedades de elementos del grupo 14.

Experimentación en Química Inorgánica – 2º Curso, Grado de Química

Práctica 1 Compuestos y propiedades de elementos del grupo 14.

Rufino Cabezas Montero

Juan Carlos Cabello de la Torre

1. Introducción

Los elementos del grupos 14 presentan una gran variación de las propiedades físicas y químicas al descender en el grupo.

Los objetivos principales de esta práctica son:

  1 Estudiar los estados de oxidación del estaño y del plomo.

  2 Estudiar la reactividad del silicio, el estaño y el plomo.

  3 Aprender a preparar varios compuestos de elementos del Grupo 14.

1. Cuestiones previas

Describa las distintas formas cristalinas del dióxido de silicio. ¿Qué diferencias estructurales existen entre estas formas cristalinas y el gel de sílice?

Existen 3 formas cristalinas del SiO2, el cuarzo, la tridimita y la cristobalita. Todos estos tienen forma tetraédrica.

Cuarzo: es la forma más estable, se encuentra en su forma α a temperaturas menores de 573⁰, si no, se forma el β cuarzo.

Tridimita: es estable entre los 870⁰ y los 1470⁰ en su forma β. También posee una forma α que se forma a baja temperatura.

Cristobalita: además de su forma α de baja temperatura, su forma β se produce entre los 1470⁰ y los 1710⁰.

La diferencia entre la gel de sílice y las formas cristalinas ya descritas, está en que el gel no tiene una forma definida.

Teniendo en cuenta los siguientes valores de energía de enlace, justifique las diferencias estructurales de los compuestos CO2 y SiO2.

Enlace simple C-O: 4·355 = 1420 KJ/mol   Enlace doble C-O: 2·799 = 1598 KJ/mol

Enlace simple Si-O: 4·452 = 1808 KJ/mol   Enlace doble Si-O: 2·500 = 1000 KJ/mol

Como se puede observar, la respuesta de la diferencia entre la estructura lineal del CO2 y la tetraédrica del SiO2 reside en la diferencia en sus energías de enlace, ya que para que la energía del dióxido de carbono sea mayor se debe formar dobles enlaces, y para el dióxido de silicio se deben formar en laces simples para conseguir el máximo de energía.

Explique qué es el “efecto del par inerte” y cómo afecta a los estados de oxidación de los elementos del Grupo 14.

Es un efecto que se produce cuando el orbital s terminal tiene por encima un orbital d, anterior al p. Esto provoca que los electrones del orbital s sean más complicados de disociar de lo normal, ya que por efectos de resonancia provocados por el orbital d, el orbital s se hace más interno y el núcleo lo atrae más.

Este efecto en el grupo 14 provoca que a medida que se descienda en el grupo, la valencia más estable sea la +2 en detrimento de la valencia +4.

Explicar a qué se debe a capacidad adsorbente del gel sílice.

Se debe a que posee gran superficie específica, además de que una vez saturado se puede regenerar sin perder su capacidad adsorbente y así poder reutilizarlo.

Esta capacidad hace que sea capaz de reducir la humedad en espacios cerrados, es decir, adsorber el agua del lugar.

¿Por qué existe el SnI4 pero no existe el PbI4?

Esto se debe a que si observamos los diagramas de Latimer de los dos se puede ver como el Pb4+ es un oxidante más fuerte que el Sn4+, además de que el I- es un reductor fuerte, por lo que esto contribuirá a que se forme el PbI4.

Revise las reglas de Fajans y el carácter iónico-covalente de los enlaces.

·Los cationes pequeños, altamente cargados, tienen capacidad polarizante.

·Los aniones grandes, altamente cargados, se polarizan con facilidad.

·Los cationes que no tienen configuración electrónica de gas noble se polarizan con facilidad

1. Materiales y reactivos

Material

- 2 matraces de 50 mL y 25ml

- Placa calefactora-agitadora

- Pipeta de Pasteur

- Vidrio de reloj

- Papel indicador de pH

- Un vaso de precipitados de 250 mL

- Tapones para tubos de ensayo

- Sistema para transferir gases entre tubos (matraz de 50 mL con dos bocas, tapón de vidrio, dos tubos de vidrio y un tubo de plástico)

- 2 tubos de centrífuga

- Varilla de vidrio

- 3 vasos de precipitados de 50,100 y 250 mL

- Embudo Buchner y Kitasato

- Gradilla con 6 tubos de ensayo

- Espátula pequeña

- Capsula de porcelana

Reactivos

- NaOH

- Tetracloruro de estaño

- Disolución de nitrato de plata

- Clorhídrico

- Silicato sódico

- Dicloruro de estaño

- Fenolftaleína

- Carbonato cálcico

- Cloruro férrico

- Ferricianuro potásico

- Acetato de plomo

- Silicio amorfo en polvo

- Yoduro potásico

- Plomo en polvo

- Nitrato de plomo

- Ácido Sulfúrico

- Ácido acético

- Sulfuro sódico

- Estaño en polvo

- Cloruro de cobalto

1. Procedimiento

3.1. (y 3.5) Preparación del dióxido de estaño

Reacción usada para elaborar el dióxido de estaño:

SnCl4 (ac)+4NaOH(ac)→Sn(OH)4(s)+4Na(l)→SnO2(s)+4NaCl(ac)+2H2O→600⁰→SnO2(s)

Al calcular el rendimiento obtuvimos un 182,9%, esto probablemente haya ocurrido debido a que todavía quedaba mucha agua retenida en el compuesto tras un mal secado.

Tras observar la solubilidad del SnO2 en HCl se llegó a la conclusión de que se produce la siguiente reacción:

SnO2(s) + 6HCl(ac) → SnCl62-(ac) + H3O+(ac) + H2O(l)

3.2. (y 3.6) Preparación de gel de sílice mediante el método sol-gel

Reacción de síntesis usada:

Na2SiO3(ac) + HCl(ac) → SiO2·nH2O(ac) + 2NaCl

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