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11-ESTUDIO COMPARATIVO DEL COMPORTAMIENTO

QUÍMICO DE IONES METÁLICOS DEL BLOQUE 'S'

INTRODUCCIÓN

El bloque s está formado por dos grupos de elementos, los alcalinos y los alcalinotérreos, y

su química es la más simple de todos los grupos del sistema periódico. Los primeros dan

cationes univalentes y los segundos divalentes. En este último caso, la energía de solvatación de

los cationes M2+ (sales disueltas) o la energía reticular de los sólidos iónicos con dichos cationes

compensa con creces el valor elevado de la energía de ionización. Todos los elementos del

bloque s son fuertemente electropositivos. Los alcalinos son más reactivos que los

alcalinotérreos y la reactividad dentro del grupo va aumentando al descender en el mismo.

Aunque la mayoría de sus compuestos son iónicos, los de berilio muestran un carácter más bien

covalente debido a la relativamente elevada relación carga/radio para el Be(II). Este carácter

covalente se pone también de manifiesto en la química del Mg(II) aunque con menor extensión,

mientras que el resto de los elementos del grupo ya exhiben carácter iónico en sus compuestos.

Cuando los metales alcalinos se calientan al aire, los productos principales son el óxido (Li),

peróxido (Na) y superóxido (K, Rb y Cs). Los óxidos de éstos últimos se pueden obtener

mediante descomposición térmica del peróxido (Na) y superóxido (K, Rb y Cs). En lo que

respecta a los metales alcalinotérreos, el Be sólo forma el óxido mientras que Mg, Ca, Sr y Ba

forman tanto el óxido como el peróxido. La tendencia a formar complejos es pobre para ambos

grupos cuando se compara con los elementos de transición. Ahora bien, los alcalinotérreos son

capaces de formar compuestos de coordinación más numerosos y más estables que los que

forman los alcalinos. Las propiedades físicas y químicas de estos dos grupos, tanto de los

elementos como de sus compuestos, varían sistemáticamente de forma regular al aumentar el

tamaño lo que simplifica mucho su estudio.

OBJETIVOS

1) Preparación del peróxido de bario y su caracterización.

2) Estudio comparativo de la solubilidad de algunas sales de elementos alcalinotérreos. Se

hace hincapié en cómo pueden utilizarse conceptos tales como energía reticular, energía de

solvatación y el cociente carga/radio de los iones en cuestión para explicar cualitativamente las

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variaciones observadas.

3) Color a la llama de los elementos del bloque s.

CUESTIONES PREVIAS

1 Haz un diagrama de flujo de la síntesis del peróxido de bario.

2 ¿Cuál es la concentración en mol/L de una disolución de agua oxigenada de 20 volúmenes?

3 En los ensayos a realizar se han omitido las sales de berilio, radio y francio. Da razones que

justifiquen esta omisión.

4 ¿Cuál es el fundamento del “test de la llama” que se realiza sobre los elementos alcalinos?

¿Por qué es especialmente útil para este grupo de elementos?

5 Indica cómo debe variar, en el grupo de los alcalino-térreos, la solubilidad de los hidróxidos,

carbonatos, fluoruros y sulfatos basándote en la regla empírica que dice: “catión pequeño

precipita con anión pequeño y catión grande precipita con anión grande”.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Material Reactivos

Gradilla con tubos de ensayo Disoluciones de cloruros de:

Tubos de centrifugar Disol. Saturadas de M(I) (M=Li, Na, K, Rb)

Embudo Buchner 0.1M de M(II) (M=Mg, Ca, Sr, Ba)

Vidrio de reloj NaOH 3 M exenta de carbonatos

Vaso de precipitados de 100 mL Cloruro amónico

Probeta 50 mL Carbonatos sódico (s)

Probeta 10 mL BaCl2.2H2O

Mango de Kolle EDTA 0,1 M

Amoníaco concentrado y 3 M

Sulfato de sodio 0,1 M

Acido clorhídrico 3 M

Fluoruro amónico 2 M

Peróxido de hidrógeno de 20 vol.

Permanganato de potasio 0.005M

Cloruro de cromo (III) 0,1 M

Acetona

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(A) Síntesis del peróxido de bario. Ensayos de caracterización

1) En un vaso de precipitados de 100 mL y en vitrina, se diluyen 5 mL de amoníaco concentrado

en 10 mL de agua desionizada. A continuación se adicionan cuidadosamente 30 mL de agua

oxigenada de 20 volúmenes. La disolución resultante se enfría en un baño de hielo y se le

adiciona gota a gota otra disolución acuosa, enfriada también en baño de hielo, que contiene

10,5 g de cloruro de bario dihidrato disueltos en un mínimo volumen de agua (25-30 mL). El

precipitado formado se deja reposar media hora en baño de hielo y a continuación se filtra en un

Buchner. El sólido se lava con fracciones pequeñas de agua muy fría y con acetona. El producto

se seca a vacío y después sobre papel de filtro. Calcular el rendimiento.

Gestión de residuos: Introducir el sólido una vez finalizado el ensayo en el frasco

etiquetado como “peróxido de bario”.

2) Ensayos de caracterización:

a.- Disolver una pequeña cantidad del peróxido de bario en agua en un tubo de ensayo, estimar el

pH de la disolución con papel indicador y adicionar unas gotas de una disolución acuosa de

sulfato de sodio.

Gestión de residuos: Introducir las disoluciones una vez finalizado el ensayo en la garrafa

etiquetada como “Residuos de Ba/sulfato”.

b.- Disolver una pequeña cantidad del peróxido en agua y adicionar unas gotas de una disolución

diluida y acidificada de permanganato de potasio.

Gestión de residuos: Introducir las disoluciones una vez finalizado el ensayo en la garrafa

etiquetada como “Residuos de Ba/ permanganato”

c.- Disolver una pequeña cantidad del peróxido en agua y adicionar unas gotas de una disolución

de cloruro de cromo (III) 0,1 M. A continuación, calentar hasta que se observe un cambio de

color.

Gestión de residuos: Introducir la disolución una vez finalizado el ensayo en el frasco etiquetado

como “Residuos Ba/Cr”

Escribir las reacciones que se producen en cada apartado.

(B) Reacciones en disolución. Ensayos

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1) Introducir 1 mL de cada una de las disoluciones de MCl2 0,1 M (M = Mg, Ca, Sr y Ba) en

diferentes tubos de ensayo y adicionar a cada tubo los siguientes reactivos sucesivamente

(tabular los cambios que se producen entre cada adición para cada tubo).

(a) 1 mL de NaOH 3 M (exenta de carbonatos).

(b) 0,2 g de NH4Cl.

(c) 0,1 g de Na2CO3 y calentar las mezclas a 50 °C durante unos minutos.

(d) 3 mL de EDTA 0,1 M.

(e) 1 mL de Na2SO4 0,1 M.

(f) 2,5 mL de HCl 3 M (gota a gota).

(g) 1 mL de NH3 3 M.

Nota: Las reacciones que tienen lugar en las experiencias 1d y 1f pueden ser lentas.

2) Introducir 1 mL de Na2SO4 0,1 M en un tubo de centrifugar y añadir 1 mL de disolución de

CaCl2 0,1 M, agitar la mezcla, centrifugar y decantar, añadir al líquido resultante 1 mL de

disolución de SrCl2 0,1 M y volver a centrifugar. Repetir esta última operación pero añadiendo 1

mL de disolución de BaCl2 0,1 M. Si en alguna mezcla no aparece precipitado se debe calentar.

3) Repetir con 1 mL de NH4F 0,2 M pero invirtiendo el orden de adición de las disoluciones de

los iones metálicos.

Sacar conclusiones de estos ensayos.

Gestión de residuos: Introducir las disoluciones una vez finalizado el ensayo en la garrafa

etiquetada como “Residuos metales alcalino-terreos”.

4) Introducir un mango de Kolle en una serie de disoluciones acuosas saturadas de sales de los

metales del bloque s y observar el color a la llama.

CUESTIONES ADICIONALES

1. Anotar en una tabla todas las observaciones efectuadas en el ensayo B-1, tales como

aparición de precipitado, redisolución de precipitado, cambios en la coloración o sin cambios.

Para ello poner en una columna los reactivos añadidos y en una fila los distintos iones metálicos.

Interpretar las observaciones anteriores.

2. Interpretar los resultados de los ensayos B-2 y B-3 mediante las correspondientes

reacciones químicas.

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3. ¿Por qué se utiliza amoníaco en la preparación del peróxido de Bario?

4. Proponer otros métodos de obtención del peróxido de bario.

BIBLIOGRAFIA ADICIONAL M. A. Malati, Experimental Inorganic Chemistry, Horwood Publ., Chichester, 1999.

G. Rayner-Canham, Química Inorgánica Descriptiva, 2º edición Prentice Hall, 2000.