METALES DE LA TRIADA DEL HIERRO 1. Objetivos
Saber cómo preparar sales ferrosas y férricas. Reconocimiento de sales férricas y ferrosas en presencia de de ferrocianuro de potasio y ferricianuro de potasio respectivamente. Observar y comprobar la sensibilidad del hierro.
2. Fundamento teórico Los nueve elementos que constituyen los grupos 8, 9 y 10 de la Tabla Periódica presentan características muy peculiares, que hacen poco útil su estudio por grupos. Es un hecho demostrado que los más ligeros de cada grupo, o sea, el hierro, el cobalto y el níquel se parecen mucho entre sí, y difieren en muchos aspectos de sus congéneres de cada grupo. Por otra parte, los que pertenecen a las segunda y tercera series de transición, aunque no son extraordinariamente similares, también presentan características muy comunes a todos que hacen recomendable su estudio en conjunto. De esta forma, es usual realizar r ealizar la agrupación de estos nueve elementos en dos bloques: el primero, que se denomina usualmente en la literatura como “tríada del hierro”, que incluye Fe, Coy Ni, y el segundo, conocido como “familia del platino” que está constituido por los restantes elementos de cada grupo, o sea, Ru y Os, Rh e Ir y Pd y Pt. Elementos de la tríada del hierro El hierro es el segundo metal, después del aluminio, y el cuarto elemento en abundancia en la corteza terrestre. Por otra parte, la suposición de que el núcleo del planeta Tierra está constituido solamente por hierro y níquel fundidos, y la abundancia de meteoritos que contienen hierro, hacen pensar que es un elemento muy común en el sistema solar. El níquel es el séptimo metal de transición en abundancia, mientras que el cobalto es mucho más escaso. Estos tres elementos se encuentran por lo general en las mismas menas, sobre todo los dos últimos y debido a la semejanza de sus propiedades, se hace algo difícil su separación. Debe destacarse la abundancia de estos tres elementos en minerales del tipo de las lateritas y las serpentinas, que se encuentran en la zona oriental de nuestro país, por lo que Cuba constituye una de las más importantes reservas de níquel a nivel mundial. Los tres elementos son conocidos desde antes de nuestra era, incluso, en el caso del hierro, desde la prehistoria (Edad del Hierro, tercer milenio a.n.e.). El cobalto fue empleado en forma de compuestos por los antiguos ceramistas del Medio Oriente para colorear de azul las piezas
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que elaboraban. Los chinos usaban una aleación de níquel en el siglo II a.n.e. 3. Pictogramas
HCl 6M
Riesgos
Precauciones
Usos
El ácido clorhídrico y concentraciones altas de gas, son altamente corrosivos a la piel y membranas mucosas
No es inflamable. Se produce gas inflamable cuando se encuentra en contacto con metales. Se generan vapores tóxicos e irritantes de cloruro de hidrógeno cuando se calienta. El ácido clorhídrico y concentraciones altas de gas, son altamente corrosivos a la piel y membranas mucosas Evitar la formación de gases
El ácido clorhídrico y concentraciones altas de gas, son altamente corrosivos a la piel y membranas mucosas
Agua de bromo
Irrita ojos y piel
FeCl3(ac)
Dosis repetidas pueden Tratamientos causar posible daño al de agua. Decapados de hígado y al páncreas. Irritación , quemaduras, metales. edema pulmonar. Circuitos Agresivo en términos de impresos. coloración tanto sobre Reactivo líquidos como sólidos, deshidratante siendo su efecto sobre estos (artículos últimos bastante persistente. metálicos, etc).
Aditivo antidetonacion de gasolina, películas fotográficas y colorantes Separado de bases fuertes y materiales incompatibles. Ver Peligros Químicos. Mantener en lugar seco. Bien cerrado
Ferrocianuro de potasio
Puede ser dañino si es inhalado. Puede causar irritación a la piel, a los ojos y a la zona respiratoria
Usar el equipo de protección adecuado
Medicina. Preparación de metales pesados y como reaccitivo para análisis quimico en el laboratatorio
Fe(s)
El principal uso de las limaduras de hierro se encuentra en el estudio y la enseñanza del magnetismo y de los campos electromagnéticos.. electromagnéticos
Nocivo leve. Altas dosis pueden causar disturbios gastrointestinales. Dolor abdominal, náuseas, vómitos, acidosis y diarrea. Decoloración de la piel. Irritaciones en el tracto digestivo. Daño al hígado.
Trabajar en un lugar con buena ventilación. Sistema eléctrico y de alumbrado a prueba de explosión. Utilizar campanas de laboratorio En general, uso de indumentaria de trabajo resistente a químicos
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Mg(s)
En la industria metalúrgica y siderúrgica se utiliza como desgasificador de los metales. Se utiliza también para la elaboración de vidrios, en la industria cerámica y en el tratamiento de aguas.
Altamente inflamable. En caso de incendio se desprenden humos (o gases) tóxicos e irritantes.
Evitar las llamas, NO producir chispas y NO fumar. NO poner en contacto con humedad o cualquier otra sustancia.
Agua de Cloro
Riesgo de incendio Mantener alejado de Se usa como agente y explosión en matriales incompatibles. Usar blanqueador y contacto con en lugares ventilados desinfectante. sustancias combustibles. Puede formar gases altamente toxicos y corrosivos
Hidróxido de amonio
Provoca No inhalar los vapores, quemaduras e irrita procurar una ventilación las vías respiratorias adecuada
Para usos de laboratorio, análisis, investigación y química fina
Almacenar alejado de otras materias. Emplear únicamente en Si está en el exteriores o en un lugar suelo, barrer o bien ventilado. Lavarse recoger (pala o concienzudamente tras la similar) para manipulación. No comer, depositar en beber ni fumar mientras recipientes se manipula este apropiados. Limite producto. la producción de polvo. Mantener cerrado, seco y Para usos de protegido de la luz. Proteja laboratorio, análisis e contra daño fisico investigacion
KSCN
Ferricianuro de potasio
Utilizado principalmente en sectores de productos farmacéuticos, de pesticeda, de materia textil, de electroplanting, de materia prima .
Irrita los ojos y vías respiartorias
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4. Parte experimental 4.1. Experimento Nº 1: “Obtención de una sal ferrosa” a) Observaciones experimentales
Se observa observa inicialmente que las limaduras limaduras de hierro hierro son de color gris asimismo la solución acuosa de cloruro de hidrogeno, es una solución incolora, esta se encuentra almacenada en un recipiente blanco. Al realizar la mezcla de las limaduras de hierro con el cloruro de hidrogeno ( HCl(ac)) se genera un gas alrededor de las limaduras de hierro y por diferencia de densidades estas se van hacia la superficie. Luego de realizar la reacción reacción mencionada, se dejó reposar y se observó una solución heterogénea en la l a base del tubo de ensayo se observó un precipitado de color gris; y se generó una solución incolora. Seguidamente de haber realizado la decantación y haber vertido la solución acuosa en dos tubos, en uno se vertió 2 gotas de K 3Fe(CN)6 (ac) , se observó una solución de color azul Prusia; en el otro tubo se vertió 2 gotas de KSCN(ac) y la solución se tornó incoloro – melón.
b) Ecuaciones Químicas Fe(s) + HCl (ac) H2(g) + FeCl2(ac) FeCl2 (ac) + 2KSCN(ac) Fe(SCN)2(ac) + KCl(ac) 3FeCl2(ac) + K3Fe(CN)6(AC) 6 KCl(ac) + Fe3(Fe(CN)6)2(s) c) Explicación acerca de las reacciones químicas
En cada reacción química se se genera debido a un doble desplazamiento.
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d) Diagrama de proceso
e) Conclusiones
Se concluye concluye que el gas liberado al generar la mezcla mezcla de Fe(s)+ HCl(ac) es el hidrogeno. Las sales ferrosas no son estables estables debido debido a su fuerte carácter reductor. En la solución acuosa el Fe+2 se puede oxidar a Fe+3 debido a la presencia del aire, siendo la sal ferrosa inestable en presencia del oxígeno.
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4.2.
Experimento Nº 2 : “Obtención de una sal férrica y su reconocimiento”
a) Observaciones experimentales
A la solución acuosa generada en la experiencia N°1, se dividió en tres tubos de ensayo y a cada una se le vertió 5 gotas de agua de cloro, lo cual se observó que se tornó la solución un color amarillento translucido. TUBO 1: 1: Seguidamente Seguidamente se vertió a uno de los tubos tubos una una gota de KSCN(ac) (0.1M , es una solución acuosa incolora), se observó una solución de color rojo sangre, al vertirle una gota más de KSCN(ac) el color de la solución se hizo más intensa. TUBO 2: A otro de los tubos se vertió una una gota de NH3(ac) se forma en la parte de la superficie de la solución un precipitado de color verde oscuro y también t ambién se notó que al realizar esta reacción entre esta dos soluciones , tenía un olor desagradable (desagüe), luego de algunos minutos , el precipitado que se había generado se torna de un color pardo rojizo, se impregna en las paredes del tubo de ensayo. TUBO 3: Y finalmente el tubo que queda de FeCl2(ac) más agua de cloro se verte 2 gotas de K3Fe(CN)6(ac) , se observó que al contacto se torna una solución de de color azul Prusia asimismo se observó la generación de un precipitado en las paredes del tubo de ensayo.
b) Ecuaciones Químicas 2FeCl2(ac) + Cl2/H2O(ac) Cl2(g) + 2FeCl3(ac) FeCl3(ac) + 3 KSCN(ac) Fe(SCN)3(ac) + 3KCl(ac) FeCl3(ac) + 3K4[Fe(CN)6](ac) Fe4[Fe(CN)6]3(s) + 12KCl(ac) FeCl3(ac) + 3NH4OH(ac) Fe(OH)3(s) + 3NH4Cl(ac) c) Explicación acerca de de las reacciones químicas químicas
Cada reacción reacción química química se genera genera debido debido a un doble desplazamiento.
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d) Diagrama de proceso
e) Conclusiones
La oxidación del hierro Fe+2 a Fe+3 se puede evidenciar al notar un cambio de color, de verde muy pálido casi incoloro a amarillo, lo cual cual se puede puede lograr empleando halógenos halógenos con mayor potencial de reducción. En la identificación de una sal férrica se pueden emplear distintos métodos por ejemplo en el caso de emplear KSCN(ac) (varia a rojo sangre debido a la presencia de [ Fe(SCN)(H2O)5]2+ , con amoniaco acuoso el precipitado se torna pardo rojizo por la l a presencia de hidróxido de amonio . Finalmente si se emplea ferrocianuro de potasio la solución se torna de color azul Prusia. La oxidación de Fe+2 es moderadamente rápida en una solución neutra pero se hace más lenta en solución acida.
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4.3.
Experimento Nº 3: “Reducción de una sal férrica a
sal ferrosa”.
a) Observaciones experimentales
Al añadir la sal férrica inicialmente al tubo de ensayo ensayo pudimos percatarnos de que esta era una solución de color amarillo rojizo que dejaba pasar la luz a través de ella. En el primer tubo le fue añadido magnesio sólido de de color color metálico de apariencia muy similar a las limaduras de hierro sin embargo el magnesio era polvo. Al añadirle la sal férrica al magnesio se observa observa una gran liberación de gas así mismo se observó que rápidamente empezó a reaccionar sin necesidad de agitar el tubo, luego de la reacción se observó que la solución acuosa resultante era de color verde pálido. La reacción reacción entre entre el tiocianato férrico y la sal férrica fue al contacto, tornándose de un color rojo sangre intenso. b) Ecuaciones Químicas 23() + () → () + () 3() + 2 2 () → ()() + 2() )
c) Explicación acerca de las reacciones químicas
Ambas son reacciones de reducción del hierro lo cual implican reacciones redox de transferencia de electrones. Estas reacciones fueron relativamente fáciles de realizar debido a que la presencia del hierro en el medio acuoso como un ion proveniente de la sal facilitó el contacto entre reactantes.
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d) Diagrama de proceso
+ Mg(s)
Agregar 20 gotas de sal férrica
+ KSCN(ac)
y dividirla en dos tubos de ensayo
e) Cálculos y resultados 23() + () → () + ()
La coloración de la sal férrica inicialmente era naranja pálida que al reducirse a Fe2+ formó cloruro ferroso de color verde pálido. 3() + 2 2 () → ()() + 2() )
La coloración de la sal férrica inicialmente era naranja pálida que al reducirse a Fe2+ debido a la reacción con el KSCN generó el complejo tiocianato ferroso de color rojo sangre intenso. f) Conclusiones
Las coloraciones coloraciones tomadas por los productos solo pueden pueden indicar un exceso de iones Fe2+ en la primera solución, lo que hace que se torne verde pálido. La coloración al contacto del segundo tubo fue relativamente más rápida que la primera debido a la facilidad con la que los iones reaccionaron ya que ambos reactantes se encontraban en medio acuoso. El color rojo sangre es característico de este complejo.
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4.4.
Experimento Nº 4: “Sensibilidad de la reacción del tiocianato férrico”
a) Observaciones experimentales
El tiocianato de potasio potasio KSCN es incoloro incoloro en cambio, el cloruro férrico FeCl3 tiene un color amarillo pardo. Agregando 2 gotas de tiocianato de potasio (KSCN) a 20 gotas de FeCl3 la solución se torna un color rojo sangre. Cada vez que se procede a agregar agregar agua va disminuyendo el tono de color de la solución hasta que se obtenga incoloro.
b) Ecuaciones Químicas
Doble desplazamiento FeCl3(ac) +3 KSCN(ac) M amarillento 0,1 M
Fe(SCN)3(ac) + 3 KCl(ac) Rojo sangre
Fe3+ + SCN1- FeSCN2+ FeSCN2+ + SCN1- Fe(SCN)2+ Fe(SCN)2++ + SCN1- Fe(SCN)3
c) Explicación acerca de las reacciones químicas químicas
El ion ion tiocianato tiocianato (SCN-) forma un complejo de color rojo Reacción de formación de complejos: complejos: Reacción en la cual el producto es una reacción compleja. La sustancia producida se llama compuesto de coordinación. Es una sustancia formada por un átomo o catión central rodeado por moléculas o aniones, geométricamente ubicados.
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0,1
d) Diagrama de proceso
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e) Cálculos y resultados
Se realizaron tres procesos para agregar H2O La masa de los iones iones férricos que se encuentran encuentran en 20 gotas de FeCl3 0,1M; y la masa de iones SCN-, presentes en 3 gotas de KSCN 0,1M, son: I) 14 mL de agua II) 12 mL de agua III) 10 mL de agua Total 36 mL de H2O
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20 gotas = 1 mL 2 gotas = 0,1 mL m(Fe3+inicial) = [Fe3+]xVo = 0,1x(0,001g) m(SCNinicial) = [SCN-]xVo = 0,01x(0,001g) De la estequiometría, hallamos la cantidad de iones Fe3+ que reaccionan con SCN- para formar FeSCN2+: Fe3+ + 0,1x(0,001g)
SCN0,01x(0,001g) Reactivo limitante
FeSCN2+ 0,01x(0,001g)
Reaccionan 0,01x10^(-3)g de Fe 3+, por lo que quedan 0,09*10^(3)g sin reaccionar, cuya concentracion, en 1,1 mL es: [Fe3+]1 =
.9 .
= 0,0818 M
Calculamos la concentración de Fe3+ después de diluir hasta completar 15 mL: [Fe3+]1x1,1 = [Fe3+]2x15 [Fe3+]2 = (0,0818*1,1)/15 = 5,99x10−3 ) M Desechando 12 mL, y luego diluyendo hasta 15 mL nuevamente: [Fe3+]2 x(15-12) = [Fe3+]3x15 [Fe3+]3 = (5,99x(10−3)*3)/15 = 1,199x10−3 M Desechando 12 mL, y luego diluyendo hasta 13 mL m L donde se vuelve incolora: [Fe3+]3x(15-12) = [Fe3+]Finalx13 [Fe3+]Final = (1,199x(10−3)*3)/13 = 0.276x10−3M Esta concentración corresponde a la concentración límite de Fe 3+ 0.276x10−3M f) Conclusiones
La solución solución se llega llega a tornar incolora después de agregarle agregarle 36 mL de H20 en un proceso de quitarle 12 mL de solución y reemplazándolo por agua El experimento nos demuestra demuestra la gran sensibilidad de de tiocianato férrico.
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5. Cuestionario
1.- El análisis de un mineral de hierro contiene 61,69% de hierro en masa. Identifica Identifica el mineral del hierro (nombre (nombre y formula) al cual pertenece dicho contenido de hierro: - Limonita (Fe3O4.2H2o) Es un tipo de óxido férrico hidratado, también llamado hematites parda, con tres moléculas de agua. La limonita, contiene un 60 % de hierro y 40 % de oxígeno. En la práctica el hierro va desde un 30 hasta un 56 %. Se clasifican en cuatro tipos:
Limonita ordinaria: Es blanda, mancha los dedos y al rayarla, aparece una raya de color pardo amarillento. Las más arcillosas, son conocidas como ocres amarillos. Puede aparecer tanto con una alta pureza, como casi completamente impurificado. Limonitas estalactítica: Mineral de estructura fibrosa y forma esférica. Posee un brillo metálico superficial y su color es negruzco o pardo. Limonita oolítica: Aparece en granos con forma de guisante, acompañados por un material calcáreo, silicioso o arcilloso. Son de muy baja reducción, y su riqueza es baja y varía entre un 28 y un 36 % de hierro. Limonita terrosa de lagos y pantanos : Son limonitas terrosas de formación reciente, producidos por depósitos de aguas ferruginosas. Ocupan, normalmente, grandes extensiones de bajo espesor (<50 cm.). A veces aparecen en masas y su color varia del pardo al negro. Su explotación es fácil y barata. Suelen contener mucha sílice, y otras veces aparecen mezclados con fosfato de hierro.
2.- ¿Cuántas toneladas de chatarra de cobre al 98% de cobre en masa sarán suficientes paa reducir 100 toneladas de magnetita? La reducción de la magnetita por el cobre: Fe3O4(s) + 4Cu(s) = 4CuO(s) + 3Fe(s) Datos: M (Fe3O4)=176 g/mol
M (Cu)=63.5 g/mol
Calculando: 176 g -------- 4(63.5) g 100 toneladas ------- X toneladas X= [100 toneladas(4)63,5]g/176 g = 144,32 toneladas Como el cobre representa el 98% de la masa de la chatarra; entonces, en un 100% de masa de chatarra, habrá: Masa de chatarra = chatarra = 144,32(100)/98 = 147,27 toneladas t oneladas de chatarra. 14
6. Bibliografía
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