Laboratorio

P 6 Química Inorgánica

OBTENCIÓN DE ÓXIDO DE CROMO(III) (P 6)

Objetivos

- Estudio descriptivo del cromo y sus compuestos

- Realización de una síntesis en solución acuosa, mediante una cristalización selectiva

- Realización de una síntesis en estado sólido, por descomposición térmica

Cristalización selectiva

La cristalización selectiva es una técnica separativa que aprovecha las diferencias en la solubilidad de las sales a separar.

En este procedimiento se busca acentuar estas diferencias como consecuencia de una distinta dependencia de las solubilidades respectivas con la temperatura. Con una correcta selección de la temperatura y composición de la solución, es posible obtener productos puros a partir de mezclas de sólidos. Para ello, es necesario disponer de las solubilidades a distintas temperaturas. La Fig.1 muestra un caso hipotético de dos sales A y B. La línea A es la solubilidad de la sal A y análogamente para B. Supongamos que tenemos una mezcla 50:50 (en peso) y la disolvemos en agua a 100 °C de manera de que la concentración en ambas sales sea 14 g/L. Esto corresponde al punto 1 del diagrama. Estamos debajo de las líneas de solubilidad, y por lo tanto ambas sales permanecen disueltas.

Supongamos que ahora enfriamos la solución. Nos movemos horizontalmente desde el punto 1. Eventualmente atravesamos la línea A y por lo tanto la sal A precipita. Debido a que estamos debajo de la línea B, esencialmente separamos la sal A pura.

Alternativamente supongamos que desde el punto 1 reducimos el volumen de solución a la mitad por evaporación (a 100 °C). O sea, concentramos la solución. La concentración de cada sal será ahora el doble, 28 g/L. Esto se indica en el punto 3. Durante el proceso hemos atravesado (en el punto 2) la línea B. Cuando esto ocurre precipita la sal B. Como no cruzamos la línea A, la sal A no precipitará.

En la primer parte del práctico prepararemos dicromato de amonio a partir de Na2Cr2O7 y NH4Cl, mediante una cristalización selectiva en solución acuosa. Al disolver estas sales, tendremos en solución los iones Na+, NH4+, Cl- y Cr2O72-. En principio, podrían precipitar las sales NaCl, NH4Cl, Na2Cr2O7 o (NH4)2Cr2O7. Tal como puede verse en las curvas de solubilidad (Figura 2), el enfriamiento de una solución concentrada de Na2Cr2O7 y NH4Cl provoca la cristalización del (NH4)2Cr2O7 en forma selectiva: ABTemperatura100°CConcentración14g/L28g/L132

Figura 1 Solubilidad g/100g de solución

Temperatura °C

Figura 2

1

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Na2Cr2O7 (ac) + 2 NH4Cl (ac) → (NH4)2Cr2O7 (s) + 2 NaCl (ac) (1)

Reacciones explosivas.

A pesar de que no son muy abundantes, existen ciertas reacciones químicas que se caracterizan por tener un valor muy negativo de ΔH y al mismo tiempo un valor positivo de ΔS. En general el valor negativo de ΔH está asociado a la formación de enlaces muy fuertes en los productos, mientras que el valor positivo de ΔS es originado en la aparición de productos gaseosos. Si recordamos la expresión ΔG = ΔH - TΔS, vemos que ambos términos, tanto el entálpico como el entrópico, son favorables (contribuyen a un valor negativo de ΔG) a cualquier temperatura. Cuando la reacción es cinéticamente posible, el contacto entre los reactivos involucrados provoca una reacción espontánea que libera grandes cantidades de energía.

Estas reacciones espontáneas pueden presentar características muy distintas. Un ejemplo de una reacción cuya energía liberada se utiliza como propulsor de cohetes espaciales es:

2 N2H4 (l) + N2O4(l) → 4 H2O(g) + 3N2(g) ΔH° = -1040kJ ΔS° = +912 J/Kmol

El contacto entre la hidrazina y el tetróxido de dinitrógeno produce una llama que alcanza los 2700°C.

Otras reacciones de este tipo son cinéticamente muy lentas. Si bien el ΔG es negativo, presentan una barrera energética (llamada energía de activación) que debe ser superada para que la reacción comience. Generalmente esta energía se suministra en forma de una ignición térmica.

Los explosivos son muy similares a los combustibles de cohetes, en el sentido de que generan grandes cantidades de gas a altas temperaturas. Un ejemplo muy sencillo es la pólvora, el primer explosivo químico. Es una mezcla de carbón, azufre y nitrato de potasio, que reacciona de acuerdo con:

14 KNO3 + 18 C + 2S → 5 K2CO3 + K2SO4 + K2S + 10 CO2 + 3 CO + 7 N2

Para esta reacción, ΔH° = -4948 kJ y ΔS° = 3260 J/K mol. La enorme cantidad de energía liberada es llevada en forma de energía cinética por los gases producidos.

Para que la reacción comience se necesita de una ignición. Luego, el mismo calor liberado es el encargado de mantener la reacción a una velocidad razonable. Esta reacción es altamente exoérgica por la alta estabilidad térmica y la entropía de los productos: gases, con altas

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