Experimentos de Química Inorgánica: Síntesis y Reacciones Clave
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Práctica 1: Proceso Solvay y Síntesis de Carbonato Sódico
En el proceso Solvay, el bicarbonato sódico precipita en una disolución de NaCl por acción combinada del amoniaco y el CO2. A continuación, se calienta para dar el carbonato y regenerar parte del CO2. El CO2 se obtiene al calentar CaCO3. La reacción neta es:
NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl
Resultado de las 3 reacciones:
- 2NH3 + CO2 + H2O → (NH4)2CO3 (con exceso de CO2)
- (NH4)2CO3 + CO2 + H2O → 2(NH4)HCO3 (en la disolución saturada de NaCl precipita el bicarbonato sódico)
- (NH4)HCO3 + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl
En la práctica, solo realizamos las reacciones 2 y 3 debido a la dificultad para reproducir el proceso industrial de la 1.
Síntesis de carbonato sódico: 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
HCl + NaHCO3 → NaCl + H2O + CO2
Práctica 2: Síntesis de Ácido Bórico
La síntesis de ácido bórico se realiza añadiendo ácido al bórax: Na2B4O7 + 5H2O + 2HCl → 2NaCl + 4H3BO3. Al añadir un ácido, se reduce la concentración de OH-.
Reacción del bórax con agua para dar ácido bórico (hidrólisis básica): Na2B4O7 + 7H2O → 4H3BO3 + 2NaOH
Para determinar la existencia de cloruros en una reacción, se utiliza nitrato de plata, ya que en presencia de estos se produce la reacción: Cl- + AgNO3 → NO3- + AgCl(s) (precipitado blanco).
Al calentar el H3BO3, se produce una deshidratación y va pasando a HBO2, H2B4O7 hasta llegar a B2O3.
El manitol (C6H14O6) provoca que el ácido bórico se comporte como un ácido mucho más fuerte: C6H14O7 + 3H3BO3 → 3HBO3 + 6H2O + C6H9. Por eso, la disolución con manitol tiene un pH=2 y la que no tiene manitol pH=6.
Práctica 3: Reacciones del Aluminio
El aluminio presenta carácter electropositivo y reductor, con tendencia a perder los 3 electrones de valencia. Se disuelve tanto en ácidos como en bases, dando hidrógeno.
Cualquier superficie de aluminio metálico expuesta al aire reaccionará rápidamente con el oxígeno para dar Al2O3. Esta capa muy fina de óxido protege a las capas de átomos subyacentes.
En solución acuosa, el ion aluminio está presente como [Al(OH2)6]3+, pero sufre una reacción de hidrólisis para dar [Al(OH2)5(OH)]2+ y el ion H3O+. Por lo tanto, las soluciones de sales de aluminio son ácidas.
Las aluminotermias se utilizan para la obtención de metales difíciles de separar de sus óxidos, ya que la reacción de formación de Al2O3 es muy espontánea.
Reacciones del aluminio:
- 4Al + 6HgCl2 → 4AlCl3 + 3Hg2
- 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
- 4Al + 3O2 → 2Al2O3
- 2Al3+ + 18HCl → 6AlCl3 + 9H2
- AlCl3 + 3H2O → Al(OH)3 + H+ + Cl-
- AlCl3 + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3NH4Cl
El hidróxido de aluminio es anfótero, puede actuar como ácido y como base según la sustancia con la que reaccione.
Práctica 4: Formación de Geles de Silicato
La adición de un cristal de una sal de un metal soluble en la disolución de silicato sódico provoca la formación de un gel de silicato hidratado alrededor del cristal.
El gel de sílice es una sustancia que tiene una gran afinidad por el agua. Se forma a partir de los silicatos alcalinos cuando se disuelven en agua, formando ácidos silícicos que, al deshidratarse, forman el gel de sílice.
Las ceolitas tienen propiedades de canje iónico porque pueden intercambiar cationes con la disolución, de esta manera actúan como catalizadores.
Al entrar en contacto con el aire, los silanos se descomponen dando H+, monosilanos y disilanos.
Práctica 7: Alotropía y Polimorfismo del Azufre
Alótropo: formas moleculares distintas. Polimorfo: mismo compuesto con varias formas de cristalizar. La unidad del azufre (alótropo) más conocida es el anillo de S8, y constituye los dos polimorfos, el S rómbico y el S monoclínico.
- Rómbico: sólido amarillo translúcido.
- Monoclínico: sólido amarillo opaco. Si se deja enfriar al aire, forma un sólido con cristales en forma de aguja.
- Plástico: fluido con textura de caramelo y color marrón rojizo, formado por cadenas de Sn.
- Coloidal: se obtiene por dismutación del tiosulfato en medio ácido (HCl). Color amarillo muy pálido y se observan pequeñas partículas en suspensión.
Reacción del azufre coloidal: 6Na2S2O3 + 12HCl → S6 + 6SO2 + 12NaCl + 6H2O
Práctica 8: Reacciones Exotérmicas y Equilibrio Químico
Al ser exotérmica la reacción, al aumentar la temperatura se favorecería la formación de reactivos. Cuando existen más moles gaseosos en los reactivos que en los productos, al aumentar la presión se favorecería la formación de producto.
La función del CaCl2 es la de desecante, impidiendo que se forme H2SO4. La disolución de NaOH sirve para recoger el SO2 y SO32- y que se formen Na2SO3 y Na2SO2.
Reacciones:
- C12H22O11 + H2SO4 → 12C + 11H2O + H2SO4
- KI + H2SO4 → K2SO4 + SO2 + I2 + 2H2O
- Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
- 3Cu + H2SO4 → 3CuSO4 + 2H2O + SO2