UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA INORGÁNICA
PRACTICA # 6: PREPARACIÓN DEL TIOSULFATO DE SODIO
RESUMEN:
Con el propósito de ampliar los conocimientos en la química de los elementos del grupo 16 (VI-A) se sintetizo el tiosulfato de sodio a partir del sulfito de sodio, además se examino cualitativamente el comportamiento del compuesto de partida (sulfito de sodio) y la sal preparada (tiosulfato de sodio) con reactivos tales como: nitrato de plata,
permanganato
de
potasio,
yodo
y
ácido
clorhídrico;
observándose algunas similitudes entre ambos compuestos
y
obteniéndose un porcentaje de rendimiento para la reacción de formación del tiosulfato de sodio de (12 s0,02) %
Introduccion
TABLAS DE DATOS
Tabla 1 Cantidades de azufre y sulfito de sodio pesadas para la síntesis del tiosulfato de sodio.
Tabla
Reactiv
Peso ( s
o
0,0001) g
S
8,2205
Na2SO3
31,5715
2: Cantidad obtenida
de tiosulfato de sodio mediante la
síntesis
masa(ms 0.0001)g
Papel de filtro
(1«. s 0,002) g
precipitado de tiosulfato + (2«s 0,005) g papel de filtro Cantidad de tiosulfato
(0.9« s0,007)
obtenida en la síntesis
g
Tabla 3 Ensayos de reconocimiento del ion tiosulfato
N#
Ensayo
Reactivos
Observaciones Se forma primero un
1 gota de solución de
precipitado blanco que
Na2S2O3
inmediatamente paso a
1 3 a 4 gotas de AgNO3
ser amarillo,y luego negra Exceso de solución de Se redisolvio precipitado y Na2S2O3
el precipitado negro negro mantuvo su color
Gota tras gota exceso
Solución parda con
de Na2S2O3
suspensión negra
Unas gotas de HCl(conc) Al agregar HCl la solución se torno amarillenta 2
2 ml de
Calentar el tubo y
Al calentar desprendió un
Na2S2O3
acción sobre el papel
vapor coloreando el papel
de filtro (con Na2Cr 2O7)
de azul
Gota a gota
La solución de yodo color
(agitando)
parda, se fue decolorando
Na2S2O3
poco a poco al agregar
2 o 3 gotas de 3 I en KI diluido con 1 ml de agua
tiosulfato
4
2 ml de
Gota a gota
La solución de KmnO4 en
KMnO4
Na2S2O3
medio acido era color
acidificada
violeta y al añadir gotas
con H2SO4
de Na2S2O3 se decoloro
Tabla 4: Ensayos de reconocimiento del ion sulfito
N#
Ensayos
1
Reactivos
Observaciones
Gota a gota
Al adicionar 1 gota de
Na2SO3
Na2SO3 a la solución de AgNO3 se formo un precipitado blanco que
3 a 4 gotas de
se redisolvió ante
AgNO3
exceso de Na2SO3 Hierva la solución
Al hervir la solución dresprende un gas amarillo y se forma un precipitado gris
Gotas de HCl(conc) 2
La solución permanece
2 a 3 ml de
incolorase observa poca
Na2SO3
esfervescencia
Acción sobre el
Se desprende un gas y
papel de filtro con
el papel de filtro se
KIO3 y almidón
observo color marron que posteriormente se decoloro formando un color azul muy tenue
3
2 a 3 gotas de I
Gota a gota
La solución de yodo en
en KI diluido en
Na2SO3
KI y al agregar una gota
agua 4
de Na2SO3 se decolora.
2 ml de KMnO4
Gota a gota
La solución de KMnO4
acidificado con
Na2SO3
en medio ácido era de
H2SO4
color violeta y al agregar Na2SO3 la solución se decoloro
5
0,2
g de Na2SO3
Calentamiento + 2 o 3 ml de agua
TABLAS DE RESULTADOS
Tabla 5:
Porcentaje de rendimiento obtenido en la síntesis del
tiosulfato de sodio
Sustancia
% de
Rendimiento Na2S2O3.5H2O
(12« s 0,01) %
DISCUSIÓN DE RESULTADOS El ion tiosulfato presenta la siguiente estructura: Hacer la estructura Fig.1 Para la
preparación del tiosulfato de sodio se hizo reaccionar
sulfito de sodio con azufre, según la reacción: Na2SO3 + S
p
Na2S2O3
(1)
se añadió la solución de Na 2 SO 3 en un balón de destilación de una sola boca, conectado a un tubo de enfriamiento, esto con el fin de inducir un reflujo que arrastrara el azufre adherido a las paredes internas del balón de esta manera conseguir que reaccionara la mayor parte del mismo, y también porque Para que esta reacción se diera era necesario calentamiento el cual no debía sera tan altas temperaturas, ya que el sulfito de sodio es susceptible a la descomposición térmica, formandose sulfuro y sulfato. no obstante, esta reacción fue muy lenta.
El ion sulfito es representado estructuralmente de la siguiente manera : Hacer estructuras Fig.2 .
Como ya se sabe el azufre solido termodinámicamente mas estable y cinéticamente sensibles que se puede encontrar es el S8: hacer estructura Fig.3 Este(S8) se encuentra formando enlaces elemento-elemento y esos enlaces sencillos S-S son fuertes debido a que los orbitales 3p tienen un tamaño adecuado para solaparse efectivamente hacer los orbitales fig.4 Esta es una razon por la cual se lleva a cabo la reacción tan lenta (estabilidad de ambos reativos ) Una vez transcurridas dos horas y mdia de reacción, se añadieron trozos de papel de filtro, para separar el azufre que quedo sin reaccionar, y se filtró la solución. Esta solución se concentró a un volumen menor de 20ml, y se dejo enfriar a temperatura ambiente por 24 horas aproximadamente. Luego se enfrió la solución con una mezcla de hielo-NaCl, observandose una capa fina pero muy compacta de precipitado en el fondo del beacker que la contenia; a pesar de esto fue necesaria la adición de un germende Na2S2O3 para inducir la cristalización completa. Cinco minutos después de la adición del nucleo de Na2S2O3, la solución había desaparecido, y en su lugar se encontraba una gran cantidad de precipitado, el mismo se lavó directamente, ya que no había sobrenadante que filtrar, posteriormente se secó al vacío por espacio de 30 minutos y se pesó, obteniendose un peso de 1«g.
Con esta masa total se calculó el rendimiento de la reacción, obteniéndose un valor de (12«s 0,01)%, lo que indica que la síntesis no se realizó de manera optima, ya que dicho valor es bajo. Entre los posibles factores que pudieron haber afectado el rendimiento se encuentran: el hecho de que las cantidades de Na2 SO 3 y S en la mezcla reaccionante eran casi equivalentes, es decir, que la cantidad del reactivo en exceso (el S en este caso) era mínima,el azufre elemental presenta un punto de fusión de 120°C, y el agua tiene un punto de ebullision de 100°C, por tanto si se aumenta la temperatura para la permanencia del azufre liquido, se evaporara mas del agua de lo que el reflujo podría condensar y además esta es otra razón por la cual es tan lenta la reaccion, el tiempo en que se dejo el montaje funcionar no fue suficiente para que esta reacción sea completa;, al momento de fltrar el azufe se estaba relizando con doble papel de filtro plegado y como no pasaba la solución se procedió a quitar uno de los papeles ocacionando perdidas de tiosulfato de sodio por lo que la masa del compuesto sintetizado debía ser menor a la esperada teoricamente. Otra de las posibles causas del bajo rendimiento de esta reacción, es que una vez finalizada la síntesis, el proceso de concentración por evaporación fue muy rápido, es decir, la temperatura de la solución era alta y se observo un gran desprendimiento de va´pores de la misma; con una evaporación tan pronunciada se perdió cierta cantidad de producto, lo que se refleja en el rendimiento. Por último, es que el Na 2 S 2O 3 sintetizado no fuese pentahidratado, sino que fuese anhidro o con un número menor de moléculas de agua, por lo que los gramos teoricos serían menores, y el % de rendimiento aumentaría; esta afirmación se basa en el hecho de que la solución se concentró a un volumen menor a los 20 ml, y cuando cristalizó todo el Na 2 S 2O 3, no quedo sobrenadante. Con 12«.%; es decir que el porcentaje de rendimiento real de la reacción debe estar comprendido entre los dos valores obtenidos. si hago el calculo para el tios« anhidro y penta hidratado si hago uno dejo esta part hasta el pporcentaje
T anto
para el tiosulfato como el sulfito se le ralizaron pruebas de reconocimiento para observar las diferncias entre estos compuestos con los mismos reactivos
Reacciones de reconocimiento del ion tiosulfato: 1. Al agregar tiosulfato de sodio a una solución de nitrato de plata se formo un precipitado blanco de tiosulfato de plata, Ag 2S2O3, (reacción 4) pero este precipitado es inestable y se descompone rápidamente cambiando la coloración de amarillo a pardo y a negro de sulfuro de plata, Ag2S, (reacción 5). Al agregar un exceso de tiosulfato se observo una turbidez blanca posiblemente debido a la formación de más tiosulfato de plata, y el precipitado negro se debe igualmente al Ag2S.
Na2S2O3 + 2 AgNO3
p
Ag2S2O3
q
+ 2 NaNO3
(4)
(blanco) Ag2S2O3 + H2O
p
AgS
q
+ H2SO4
(5)
(negro)
En un segundo tubo se agregaron de 3 a 4 gotas de nitrato de plata con un exceso de solución de tiosulfato sódico y en la solución se observaron punticos negros debido a que todo el tiosulfato pasa a formar sulfuro de plata (reacciones 4 y 5).
2. Al agregar ácido clorhídrico a la solución de tiosulfato de sodio la solución acidulada pronto se enturbia debido a la separación de azufre, y en la solución queda ácido sulfuroso. Primero se forma el ácido tiosulfurico inestable, este se descompone pronto en su mayor
parte
en
ácido
sulfuroso
y
azufre,
este
ácido
sulfuroso(mediante métodos moderno se ha demostrado que este no existe o prácticamente se encuentra en cantidades muy pequeñas ) posteriormente se descompone en agua y dióxido de azufre el cual es soluble y
puede estabilizarse por las sig
estructuras resonantes Hacer estructuras Figure 5 como el SO2 se desprende en forma de gas se reconoce por su acción sobre el papel de filtro humedecido con solución de dicromato de potasio acidificada. Las reacciones son las siguientes: Na2S2O3 + 2 HCl H2S2O3 Na2S2O3 + 2 HCl
p p
p
H2S2O3 + 2 NaCl
S + H2SO3
(6)
(7)
SO2 + H2O + S + 2 NaCl
( 8)
El dióxido de azufre que se desprende da una coloración azulverdosa con la solución de dicromato acidificada debido a que se da una reacción de oxido reducción en donde el dicromato se reduce a Cr +3 (reaccion 9) y en el dióxido de azufre el azufre pasa de estado de
oxidación +4 a estado de oxidación +6 en el sulfato (reacción 10). Este sulfato de cromo que se forma presenta una coloración azulverdosa (reacción 11).
3 SO2 + 6 H2O
p
3 SO4= + 12 H+ + 6e- (10)
Cr 2O7= + 14 H+ + 6 e-
p
2 Cr +3 +
7
H2O(9)
___________________________________ Cr 2O7= + 3SO2 + 2 H+
p
Cr 2(SO4)3 + H2O
(11)
(azul-verdoso)
3. La solución de yodo en yoduro de potasio de color -pardoza se hace incolora al agregar
el tiosulfato de sodio, porque el ion
tiosulfato (donde el azufre tiene numero de oxidación +2 ) actúa como agente reductor , al reducir al yodo molecular a yoduro y oxidándose el al ion tetrationato en donde el azufre tiene número de oxidación +4, según la reacción (12): 2 S2O3= + I2
p
S4O6= + 2 I-
(12)
4. Al agregar el tiosulfato a una solución violeta de permanganato de potasio acidificada, esta cambia su coloración violeta a incolora ya que el tiosulfato actúa como agente reductor (reacción 13): = 5S2O3 + 8
MnO4- + 14 H+
p
8
Mn+2 + 19 SO4= + 7 H2O
(13)
Pero en este caso, el azufre pasa de numero de oxidación +2 a numero de oxidación +6 debido a que el permanganato es un agente oxidante más fuerte que el yodo.
Reacciones de reconocimiento del ion sulfito: 1. Al agregar sulfito de sodio a la solución de nitrato de plata se produce un precipitado blanco de sulfito de plata, Ag 2SO3, que se redisolvio en exceso de reactivo formando la sal compleja de argentosulfito de sodio, Na? AgSO3A, (reacciones 14 y 15). Na2SO3 + 2 AgNO3
p
2 NaNO3 + AgSO3
q
(14) (blanco)
Ag2SO3 + Na2SO3
p
2 Na? AgSO3A.
(15)
Al calentar la solución de la sal compleja, esta se descompone y precipita plata metálica gris (reacción 16): 2 Na? AgSO3A
p
Na2SO4 + SO2 + 2 Ag
q
(16) (gris)
2. Al agregar ácido clorhídrico a una solución de sulfito de sodio, esta se descompone desprendiéndose dióxido de azufre (reacción 17). Na2SO3 + 2HCl
p
2NaCl + SO2
o
+ H2O
(17)
El cual se reconoce al colocar el papel de filtro humedecido con solución de yodato de potasio y almidón en la boca del tubo de ensayo, el cual toma una coloración azul muy tenue
debido al
complejo que forma el almidón con el yodo molecular que se forma en la reacción del yodato de potasio con el dióxido de azufre (reacción 18). Na2SO3 +
5
SO2 + 4 H2O
p I2
+ 2 KHSO4 + 3 H2SO4
(18)
3. La solución parduzca del yodo en yoduro de potasio se decolora debido a que el yodo molecular (agente oxidante) se reduce a yoduro (incoloro) y el sulfito (agente reductor) se oxida a sulfato (reacción 19). SO3= + I2 + H2O
p
2 I- + SO4= + 2H+
(19)
Aquí el azufre pasa de número de oxidación +4 a número de oxidación +6.
4. La solución violeta de permanganato de potasio se decoloro al agregar el sulfito de sodio, ya que el sulfito reduce al permanganato a Mn+2 y el permanganato oxida al sulfito a sulfato (reacciones 22)
2MnO4- + 16 H+ + 10 e= 5SO3
+5 H2O
p
p
= 5SO4
2 Mn+2 + 8 H2O + 10H+ + 10 e-
_____________________________________ 2 MnO4- + 5 SO3= + 6 H+
5.
p
2 Mn+2 + 5 SO4= + 3H2O (22)
Al calentar 0,2 g de sulfito de sodio se observo un oscurecimiento del sólido blanco, este oscurecimiento por formación de sulfuro se debe a la descomposición queexperimenta el sulfito de sodio al ser calentado, el cual forma sulfuros y trióxido de azufre que al agregar agua forma el ácido sulfúrico y posteriormente por la disociación de este ácido se forman iones sulfatos.
CONCLUSIONES La
reacción fue muy lenta.el rendimiento de la reacción, fue de (12« s 0,01)%,
lo que indica que la síntesis no se realizó de manera optima, ya que dicho valor es bajo.valor afectado por diversos factores
El ion tiosulfato presenta una estructura tetraédrica análogo al sulfato pero con un oxigeno sustituido por un azufre y es mas estable si la sal esta pentahidratada Al comparar el comportamiento del compuesto de partida (sulfito de sodio) y la sal preparada (tiosulfato de sodio) con algunos reactivos se encuentran similitudes entre ellos Tanto el ion sulfito como el tiosulfato son buenos agentes reductores(el ion sulfito es un ag. Reductor mas fuerte que el tiosulfato) estos se pueden diferenciar por su reaccion con el ion plata que forman un precipitado blanco. pero en el ion tiosulfato inmediatamente el precipitado pasa a un color negro mientras que con el ion sulfito no ocurre
