METALES DE LA TRIADA DEL HIERRO

1. OBJETIVO: Preparar sales ferrosas y frricas. Reconocimiento de sales ferrosas y frricas con ferricianuro de potasio y ferrocianuro de potasio respectivamente. Comprobar la sensibilidad del hierro.

2. FUNDAMENTO TERICOLos tres elementos de la triada del hierro se parecen mucho en cuanto a sus propiedades fsicas. Los tres son metales tpicos de puntos de fusin elevados y parecidos, adems de la elevada densidad; todos poseen aproximadamente el mismo radio atmico (sobre 1.25 A) y son ferromagnticos. El hierro es el cuarto elemento en orden de abundancia en la corteza terrestre, estando situado detrs del oxigeno, silicio y aluminio; con 4.7%, formando parte de muchos minerales (sobre todo compuestos de O, S y Si). El hierro puro es un metal blanco argentino, bastante blando, que se oxida rpidamente en contacto con aire hmedo o agua que tenga oxigeno disuelto.

3. PICTOGRAMASRiesgos PrecaucionesUsos

Acido clorhdrico (Hcl)CorrosivoPuede ocasionar severa irritacin al tracto respiaratorio o digestivo, con posibles quemaduras. Puede ser fatal si se ingiere o inhalaMantener lejos de fuentes de calor. Use la indumentaria de proteccin correcta.Sintetis qumica, procesamiento de alimentos (jarabe de maz, glutamo de sodio), acidificacin de posos petroleros, reduccin de minerales

Agua de bromoCorrosivoPeligroso para el medio ambienteIrrita ojos y pielEvitar la formacin de gasesAditivo antidetonacion de gasolina, pelculas fotogrficas y colorantes

Cloruro frricocorrosivoPuede causar quemaduras en eltracto respiratorio, la piel los ojos y el tracto intestinal. Se puede producir daos oculares permanentesUsar indumentaria adecuada. Evitese el contacto con piel y ojos. Tratamiento de agua potable y agua de aporte industrial. Tratamiento de aguas residuales. Tratamiento de biogas

Ferrocianuro de potasioNocivoPuede ser daino si es inhalado. Puede causar irritacin a la piel, a los ojos y a la zona respiratoriaUsar el equipo de proteccin adecuadoMedicina. Preparacin de metales pesados y como reaccitivo para anlisis quimico en el laboratatorio

HierrocorrosivoPuede causar irritacin a los ojos y a la zona respiratoriaEvite el contacto con los ojosAnalisis quimico. Obtencion de aceros estructurales.

MagnesioInflamableAltamente inflamaleEvitar las llamas, no producir chispa. No exponer a friccin o choqueComo anodo para evitar la corrosin.

Agua de CloroVenenoso COmburenteRiesgo de incendio y explosin en contacto con sustancias combustibles. Puede formar gases altamente toxicos y corrosivosMantener alejado de matriales incompatibles. Usar en lugares ventiladosSe usa como agente blanqueador y desinfectante.

Hidrxido de amonioCorrosivoInflamableProvoca quemaduras e irrita las vas respiratoriasNo inhalar los vapores, procurar una ventilacin adecuadaPara usos de laboratorio, anlisis, investigacin y qumica fina

Tiocianato de potasioNocivoNocivo por inhalacin. En contacto con los acidos libera gases muy toxicosUtilizar guantes de neopreno o latex. El lugar de almacenamiento debe de ser ventiladoPara usos de laboratorio, anlisis e investigacin

Ferricianuro de potasio(venenoso)Irrita los ojos y vas respiartoriasMantener cerrado, seco y protegido de la luz. Proteja contra dao fisicoPara usos de laboratorio, anlisis e investigacion

4. PARTE EXPERIMENTALEXPERIENCIA N1: Obtencin de una sal ferrosa y su reconocimientoa) OBSERVACIONES Al agregar HCl a las limaduras de hierro, ocurre una reaccin violenta. El tubo de ensayo se calienta ligeramente por lo que podemos decir que se trata de una reaccin exotrmica; adems existe la liberacin de un gas. Con un tubo de ensayo se recoge el gas liberado de la reaccin anterior. Al acercar una llama al tubo de ensayo que contiene el gas, la llama se apaga y emite un sonido parecido al de un silbato. Se comprueba que el gas en cuestin se trata del hidrogeno debido a su alto poder inflamable. Una vez separada la solucin, por decantacin, en dos tubos de ensayo (inicialmente la solucin es de color verde muy claro casi transparente) se observo que, en el primer tubo, tras una gota de ferricianuro de potasio, la solucin se torna de color azul de Trumbull. En el segundo tubo, al aadir dos gota de tiocianato de potasio la solucin se torna transparente.

b) Diagrama de Flujo

c) REACCIONES QUIMICAS

Fe(s) + 2HCl(ac) FeCl2(ac) + H2(g)Plomo 0.1MAmarillo amarillo claro

FeCl2(ac) + 2KSCN(ac) Fe(SCN)2(ac) + 2KCL(ac) Doble desplazamientoVerde claro amarillotransaparente

3FeCl2(ac) + 2K3Fe(CN)6(ac) 6KCl(ac) + Fe32+(Fe3+(CN)6)2(s)verde claro rojisoazul de Trumbull

d) CONCLUSIONES Las sales ferrosas no son estables debido a su fuerte carcter reductor, es por esto que frente al oxigeno tienden a convertirse en sales frricas. Las sales ferrosa se puede identificar cuando esta reacciona con una solucin de hexacianoferrato (III) ya que dar como compuesto el Fe(Fe(CN)6)2 de color azul de Trumbull. En solucin acuosa el Fe+2 se puede oxidar a Fe+3 debido a la presencia del aire, siendo la sal ferrosa inestable en presencia de oxgeno.

EXPERIENCIA N2: OBTENCIN DE UNA SAL FRRICA Y SU RECONOCIMIENTO.

a) OBSERVACIONES:

La sal de FeCl2 es transparente, pero casi de un tono verdoso muy claro, esta fue distribuida en tres tubos a los cuales se les aadi agua de cloro de aspecto incoloro, en ese instante se aprecia una vibracin en el color a un amarillo, debido a que el Fe +2 pasa a ser Fe +3 producto de que es oxidado por el halgeno, es decir se da la formacin de la sal frrica FeCl3.

Cuando se emplea KSCN (incoloro), el resultado es la formacin de un compuesto rojo sangre que aumenta en intensidad cuando se le agrega ms de una gota. La coloracin se debe a la presencia de iones [Fe(NCS)(H2O)5]2+ en solucin.

Cuando se emplea amoniaco acuoso se puede observar en un inicio con las primeras gotas se mantiene la coloracin amarilla de la sal frrica, pero al aumentar las gotas de amoniaco acuoso y al pasar el tiempo se forma un precipitado de color pardo rojizo, gelatinoso. Esto debido a la formacin del hidrxido frrico Fe(OH)3 que a la vez es insoluble en exceso de reactivo; pero soluble en cidos.

Cuando se emplea ferrocianuro de potasio acuoso, K4[Fe(CN)6], se genera inmediatamente la formacin de un precipitado oscuro pero algo verdoso en solucin, se podra explicar por la poca presencia de cianuro, despus de agitarlo y de un cierto tiempo se logra ver el color azul de Prusia en el precipitado que es casi insoluble. b) Diagrama de Flujo

c) REACCIONES QUIMICAS

2 FeCl2 (ac) + Cl2/H2O => Cl2 (g) + 2 FeCl3(ac) Verde plido incoloro amarillo

FeCl3(ac) + 3 KSCN(ac) => Fe(SCN)3(ac) + 3 KCl(ac) (doble desplazamiento) 0,1 M amarillento 0,1 M Rojo sangre FeCl3(ac) + 3 NH4OH(ac) => Fe(OH)3(s) + 3 NH4Cl(ac)

0,1 M amarillento pardo rojizo FeCl3(ac) + 3 K4[Fe(CN)6] (ac) => Fe43+[Fe2+(CN)6]3(s) + 12 KCl(ac)0,1 M amarillento azul de prusia

d) CONCLUSIONES:

La oxidacin del hierro Fe+2 a Fe+3 se puede evidenciar al notar un cambio en el color, de verde muy plido casi transparente a amarillo, la cual se pude lograr empleando halgenos con mayor potencial de reduccin.

En la identificacin de una sal frrica se pueden emplear distintos mtodos por ejemplo en el caso de emplear KSCN (varia a rojo sangre debido a la presencia de [Fe(NCS)(H2O)5]2+ , con amoniaco acuoso el precipitado se torna pardo rojizo por la presencia de hidrxido de amonio. Finalmente si se emplea ferrocianuro de potasio la solucin se forma el azul de Prusia.

Fe+3 + e- = Fe+2 E = 0.771v 2Fe+2 +1/2 O2 +2H+ = 2Fe+3 + H2OE = 0.46 v Esta oxidacin de Fe+2 es moderadamente rpida en una solucin neutra pero se hace mas lenta en solucin acida.

EXPERIENCIA N 3: REDUCCIN DE UNA SAL FRRICA A SAL FERROSA

A) OBSERVACIONES:

La apariencia de la sal frrica (FeCl3) es amarilla, mientras que el magnesio en polvo es de color gris.

Durante la reaccin ocurre que el magnesio se oxida, pasa de 0 a +2, haciendo que el Fe pase de +3 a +2, tornndose la solucin de amarilla a casi transparente en un primer momento. Se puede apreciar tambin la formacin de burbujas rodeando al Mg (s) y como algunas partculas del slido van subiendo y bajando; a la vez el magnesio se va oscureciendo.

Al aadirle el tiocianato de potasio (KSCN) incoloro, nuestra solucin queda como estaba inicialmente, por ende hay ausencia de sal frrica ya que si no hubiese cambiado a un rojo sangre.

Durante el proceso se pudo determinar que la sal ferrosa es inestable si se trabaja a condiciones en las cuales est presente por ejemplo el oxgeno ya que ira reaccionando con l y formando sal frrica, la cual se evidencia con el aspecto algo anaranjado.

Al aadir de manera directa a la sal frrica (FeCl3) el tiocianato de potasio (KSCN) , notamos como vira el color a un rojo sangre, debido a la presencia de [Fe3+(NCS)]3- (ion ferritiocianato) o [Fe(NCS)]2+ , segn la bibliografa consultada, ya que ambos iones y algunos otros presenta dicha coloracin.

B) ECUACIONES QUIMICAS:

2 FeCl3(ac) + Mg (s) => 2 FeCl2 (ac) + MgCl(ac)Amarillento polvo gris transparente

FeCl3(ac) + 3 KCNS(ac) => Fe[Fe(SCN)6] + 6KCl(ac) 0,1 M amarillento 0,1 M Rojo sangre

C) CONCLUSIONES:

El reconocimiento de un proceso de reduccin de sal frrica a una sal ferrosa se puede realizar empleando unas gotas de tiocianato CNS- que solo producen coloracin rojo sangre en presencia de sales frricas.

EXPERIENCIA N4: Sensibilidad de la reaccin del tiocianato frricoa. OBSERVACIONES: El color del cloruro frrico (FeCl3) es amarillento. Al agregar gotas de tiocianato de potasio (KSCN), la solucin resultante se vuelve, inmediatamente, de color rojo sangre; este color se debe a la formacin del ion complejo pentaacua isotiocianato hierro (III) ([Fe(NCS)(H2O)5]2+); el cual, adems, indica la presencia del ion Fe3+ en la solucin. El ion Fe3+ reacciona con el tiocianato y da distintos complejos de color rojo, el complejo que predomina en la solucin depende de su constante de formacin y de la concentracin del tiocianato. En la primera dilucin, el color rojo sangre se torn anaranjado claro, mientras que en la segunda dilucin, se hizo casi transparente e incolora. Mediante clculos se obtiene la concentracin lmite de iones frricos, la cual result ser 1,132*10^(-3)M.

b. DIAGRAMA DE FLUJO:

c. ECUACIONES QUMICAS: FeCl3(ac) + 3 KSCN(ac) => Fe(SCN)3(ac) + 3 KCl(ac) (doble desplazamiento)0,1 M amarillento 0,1 M Rojo sangre Fe3+ + SCN- FeSCN2+ TODOS SON ACUOSOS y todosFeSCN2+ + SCN- Fe(SCN)2+ los iones complejos son rojosFe(SCN)2+ + SCN- Fe(SCN)3 d. CLCULOS Y RESULTADOS: La masa de los iones frricos que se encuentran en 20 gotas de FeCl3 0,1M; y la masa de iones SCN-, presentes en 3 gotas de KSCN 0,1M, son:

20 gotas 1 mL3 gotas 0,15 mLMFe3+o = [Fe3+]*Vo = 0,1*10^(-3)gmSCNo = [SCN-]*Vo = 0,015*10^(-3)g De la estequiometra, hallamos la cantidad de iones Fe3+ que reaccionan con SCN- para formar FeSCN2+:

Fe3+ + SCN- FeSCN2+ 0,1*10^(-3)g0,015*10^(-3)g --------- 0,015*10^(-3)gReactivo limitante Reaccionan 0,015*10^(-3)g de Fe3+, por lo que quedan 0,085*10^(-3)g sin reaccionar, cuya concentracion, en 1,15 mL es:

[Fe3+]1 = 0,085/1,15 = 0,0739 M Calculamos la concentracin de Fe3+ despus de diluir hasta completar 15 mL:

[Fe3+]1*1,15 = [Fe3+]2*15[Fe3+]2 = 0,0739*1,15/15 = 5,66*10^(-3) M Desechando 12 mL, y luego diluyendo hasta 15 mL nuevamente:

[Fe3+]2*(15-12) = [Fe3+]Final*15[Fe3+]Final = 5,66*10^(-3)*3/15 = 1,132*10^(-3)MEsta concentracin corresponde a la concentracin lmite de Fe3+

e. CONCLUSIONES: La sensibilidad es una medida de la mnima cantidad o concentracin de una especie qumica que se puede detectar en una determinada reaccin; se puede cuantificar por parmetros como la concentracin lmite de una especie. Uno de los factores que influye en la sensibilidad es la perceptibilidad, esto es, todo lo que se pueda detectar con los sentidos, ya sea mediante la vista, tacto, olfato, etc. El tiocianato frrico, por ejemplo, es altamente sensible debido a que se distingue el color rojo intenso correspondiente al complejo mencionado anteriormente.

5. CUESTIONARIO

2. CUNTAS TONELADAS DE CHATARRA DE COBRE AL 98% DE COBRE EN MASA SERN SUFICIENTES PARA REDUCIR 100 TONELADAS DE MAGNETITA?La reduccin de la magnetita por el cobre:Fe3O4(s) + 4Cu(s) 4CuO(s) + 3Fe(s)M(Fe3O4)=176 g/molM(Cu)=63.5 g/mol176 g -------- 4(63.5) g X=100 toneladas*4*63,5 g/176 g = 144,32 toneladas100 toneladas ------- X

como el cobre 98%, en 100% habr:Mcu = 100 X/98 = 147,27 toneladas

3. indica las principales diferencias, tanto fsicas como qumicas, entre una sal ferrosa y una sal frrica. Cul es la ms estable? Sal ferrosa Son atacadas con facilidad Si se aade un carbonato alcalino se forma un precipitado blanco de carbonato ferroso que se transforma en verde, luego en rojizo y que es el sesquixido de hierro. El sulfato ferroso se encuentra en forma hidratada y generalmente de color azul-verdosa. Esta pierde agua al contacto con aire seco. Los compuestos del hierro (II) se oxidan fcilmente para formar hierro (III). Sal frrica Presentan mayor estabilidad. Si a una sal frrica le aadimos carbonato alcalino, precipita en copos rojizos gelatinosos de hidrato de perxido de hidrogeno. El sulfato frrico es de color amarillo y es soluble en agua a temperatura ambiente.

6. BIBLIOGRAFIAH. R. Christen. Fundamentos de la qumica inorgnica, 1era edicin, 1986, editorial reverte SA, Barcelona, pag: 737 - 745

Arthur I. Vogel, qumica analtica cualitativa, quinta edicin - Junio de 1974, editorial Kapelusz, S.A. Buenos Aires. Pg. 186-190.

Advanced Inorganic Chemistry, important compounds of transition metals, Volumen 2 , pg. 404-414.

http://iio.ens.uabc.mx/hojas-seguridad/acido_clorhidrico.pdf

http://socialdynamics.co/ingenierias/recursos/pdf/laboratorios/Agua_de_Bromo.pdf

http://www.ecosmep.com/cabecera/upload/fichas/3193.pdf

http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Ficheros/201a300/nspn0289.pdf