Propiedades generales de iones de transicion

 PROPIEDADES GENERALES DE IONES DE METALES DE TRANSICIÓN.

GENERAL PROPERTIES OF TRANSITION METAL IONS.

MARTIN ESCALANTE JIMENEZ

 OBJETIVOS.

● Ilustrar algunos aspectos de la química de los elementos de la primera serie de transición poniendo de manifiesto algunas tendencias a lo largo de la serie.

● Introducir los métodos habituales para sintetizar compuestos químicos mediante la preparación de compuestos de coordinación.

PALABRAS CLAVES: Coordinación, Oxidación, Precipitación, Complejación, Reactividad.

MATERIALES Y REACTIVOS.

Materiales y equipo:

● gradillas

● pipetas

● Tubos de ensayo

● vasos precipitados

● frasco lavador

● espátulas

● auxiliares

● campana de extracción

● sistema de filtración al vacío.

Reactivos:

 metavanadato amónico.

● ácido clorhídrico.

● ácido sulfúrico.

● peróxido de hidrógeno.

● alumbre de cromo.

● hidróxido de sodio.

● hidróxido de amonio.

● dicromato de potasio.

● sulfato ferroso amónico.

● carbonato amónico.

● ioduro de potasio.

● tiosulfato sódico.

● tiocianato potásico.

● nitrato de cobalto.

● ácido acético.

● nitrito sódico.

● nitrato de níquel.

● peroxodisulfato potásico.

● sulfato de cobre.

METODOLOGÍA.

Vanadio (V): En una gradilla se colocaron 2 tubos de ensayo se le adicionaron 5 ml de disolución de metavanadato amónico (NH4)VO3, se acidifico con H2SO4 concentrado, a cada tubo se le añadió gotas de peróxido de hidrógeno hasta observar cambios, finalmente se tomó un tubo de ensayo y se le agrego gotas de NaOH.

Reacción:

(NH4)VO3 + H2SO4 + H2O2 + 2NaOH → Na2VO4 + NH4HSO4 + 2H2O

Cromo (Cr): Se prepararon dos tubos de ensayos con dos mililitros de una disolución de de alumbre de cromo [KCr(SO4)2 * 12H2O], y adicionar:

a) Un exceso de hidróxido de sodio 2 molar, posteriormente agregar dos mililitros de peróxido de hidrógeno, calentar en un baño de maría, b) finalmente agregar gota a gota hasta tener un exceso de hidróxido de amonio.

ecuación: KCr(SO4)2 * 12 H2O + 8NaOH + H2O2 + 2NH4OH → K2SO4 + 2Na2SO4 + Na2CrO4 + 2NH3 + 15 H2O

Hierro (Fe): Realizar las siguientes reacciones con una disolución de sulfato ferroso (sal de Mohr):

a) añadir un exceso de hidróxido de sodio 2M

b) añadir un exceso de nitrato de hierro (III)

c) A la solución añadir un exceso de yoduro de potasio a un mililitro de de nitrato de hierro (III), posteriormente adicionarle tiosulfato sódico agitar hasta que se coloque incolora, finalmente añadir disolución de tiocianato de potasio

d) a un mililitro de sal de Mohr adicionar agua de bromo, posteriormente añadir unas gotas de tiocianato amónico.

reacción: (NH4)2SO4* FeSO4* 6H20 +2NaOH→ Fe(OH)2 + (NH4)2SO4 + 2Na+ +2H20

Cobalto (Co): en 2 tubos de ensayos colocar a cada uno 2 mililitros de disolución de Co(NO3)2 0.1M y realizar las siguientes experiencias:

a) al tubo 1 añadir NaOH AL 50%

b) al tubo 2 añadir exceso de hidróxido de amonio (HH4OH)

c) añadir exceso de carbonato amónico 0.1M

d) añadir exceso de NaOH y comparar con el apartado b

La reacción produce una serie de cambios en el estado de oxidación, además la coordinación del cobalto, llevando a formar diferentes complejos y compuestos.

reacción: Co(NO3)2 + 2NaOH → Co(OH)2 + 2NaNO3

Co(OH)2 + 2NHO4 → [Co(NH3)4(OH)2] +2H2O

Níquel(Ni): en 2 tubos de ensayos añadir 2 mililitros de disolución de nitrato de níquel:

a) se le añade a los tubos un exceso de NaOH 4M, calentar y posteriormente enfriar añadir peroxodisulfato potásico.

b) añadir un exceso de NH4OH 4M, luego añadir gotas de H202 y finalmente NaOH 4M

c) A 2 mililitros de KSCN añadir gotas de piridina, observar los cambios

reacción: NI(NO3)2 + 2NaOH → Ni(OH)2 + 2NaNO3

Ni(OH)2 + K2S2O8 → NiO2 + 2KOH + 2H2O

En presencia de peroxodisulfato potásico, el níquel (II) se oxida a níquel (IV), formando un complejo con el hidróxido.

Cobre (Cu): En un tubo de ensayo tomar un mililitro de disolución de sulfato de cobre (II), añadir:

a) Naoh 4M

b) añadir lentamente NH4OH en exceso

c) finalmente adicionar yoduro de potasio en exceso, anotar las observaciones

reacción:

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4

INFORMACIÓN SOBRE 

POSIBLES RESULTADOS.

Grupo 5: Vanadio (V):

1. Metavanadato amónico + H₂SO₄ concentrado: La solución de metavanadato amónico (NH4VO3) reacciona con el ácido sulfúrico para producir vanadilo sulfato (VO(SO4)2) Y NH3. Al agregar H2SO4, el medio se acidifica y los aniones vanadato (VO3- ) se convierten en cationes vanadilo (VO2+), que forman un color amarillo.

Reacción química:

VO3− + 2H+ → VO2+ + H2 O.

2. Adición de peróxido de hidrógeno (H2O2 ):

Se produce un cambio progresivo de color debido a la oxidación del vanadio a diferentes estados de oxidación. Esto es debido a que el peróxido de hidrógeno es un agente oxidante y reductor, dependiendo del pH.

En este caso, el vanadio sufre reducción secuencial, pasando por diferentes estados de oxidación:

○ VO₂⁺ (V) → VO2+ (amarillo intenso, estado +5).

○ VO2+ (verde azulado, estado +4).

○ V³⁺ (verde, estado +3).

○ V²⁺ (azul violeta, estado +2).

El color en los compuestos de transición se debe a la absorción de luz en el espectro visible, lo que está relacionado con la estructura electrónica del ion metálico y sus ligandos.

● VO₂⁺ (V+5, amarillo intenso): En este estado de oxidación, el vanadio no tiene electrones en la subcapa d (configuración d⁰), lo que lo hace incoloro en solución si estuviera solo. Sin embargo, la presencia del ion VO₂⁺ forma un complejo con el agua, lo que genera un color amarillo intenso.

● VO²⁺ 

(V+4, azul): Aquí el vanadio tiene un electrón en la subcapa d (d¹), lo que permite transiciones electrónicas dentro del nivel d, responsables del color azul característico.

● V³⁺ (V+3, verde): Con dos electrones en la subcapa d (d²), este ion permite otras transiciones electrónicas que resultan en un color verde.

● V²⁺ (V+2, azul violeta): En este estado con tres electrones en la subcapa d (d³), el color cambia a un tono más violeta debido a las transiciones electrónicas permitidas.

Ecuaciones químicas:

VO2+ + e− → VO2+ (amarillo → verde azulado).  VO2+ + e− → V3+ (verde).

V3+ + e− → V2+ (azul violeta).

3. Adición de NaOH:

Ya al final al encontrarse en medio alcalino, los iones vanadato se estabilizan, evitando transiciones electrónicas que absorben luz visible. Como resultado, la solución se decolora. Formando una solución incolora o ligeramente amarilla.

Grupo 6: Cromo (Cr):

1. Alumbre de cromo: (KCr(SO₄)₂ ⋅ 12H₂O) + NaOH 2M. Se forma un precipitado verde gelatinoso.

El cromo (Cr³⁺) en solución es violeta, pero al reaccionar con OH⁻ se forma Cr(OH)₃, un precipitado verde.

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