Metales De La Triada Del Hierro

METALES DE LA TRIADA DEL HIERRO 1. OBJETIVO:  Preparar sales ferrosas y férricas.  Reconocimiento de sales ferrosas y férricas con ferricianuro de potasio y ferrocianuro de potasio respectivamente.  Comprobar la sensibilidad del hierro. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO Los tres elementos de la triada del hierro se parecen mucho en cuanto a sus propiedades físicas. Los tres son metales típicos de puntos de fusión elevados y parecidos, además de la elevada densidad; todos poseen aproximadamente el mismo radio atómico (sobre 1.25 A) y son ferromagnéticos. El hierro es el cuarto elemento en orden de abundancia en la corteza terrestre, estando situado detrás 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 rápidamente en contacto con aire húmedo o agua que tenga oxigeno disuelto. 3. PICTOGRAMAS Acido clorhídrico (Hcl) Corrosivo

Agua de bromo Corrosivo Peligroso para el medio ambiente Cloruro férrico corrosivo

Riesgos Puede ocasionar severa irritación al tracto respiaratorio o digestivo, con posibles quemaduras. Puede ser fatal si se ingiere o inhala Irrita ojos y piel

Precauciones Mantener lejos de fuentes de calor. Use la indumentaria de protección correcta.

Usos Sintetis química, procesamiento de alimentos (jarabe de maíz, glutamo de sodio), acidificación de posos petroleros, reducción de minerales

Evitar la formación de gases

Aditivo antidetonacion de gasolina, películas fotográficas y colorantes

Puede causar quemaduras en eltracto respiratorio,

Usar indumentaria adecuada. Evitese el

Tratamiento de agua potable y agua de aporte industrial.

Ferrocianuro de potasio Nocivo

Hierro corrosivo

Magnesio Inflamable

Agua de Cloro Venenoso COmburente

Hidróxido de amonio Corrosivo Inflamable Tiocianato de potasio Nocivo

la piel los ojos y el tracto intestinal. Se puede producir daños oculares permanentes Puede ser dañino si es inhalado. Puede causar irritación a la piel, a los ojos y a la zona respiratoria Puede causar irritación a los ojos y a la zona respiratoria Altamente inflamale

Riesgo de incendio y explosión en contacto con sustancias combustibles . Puede formar gases altamente toxicos y corrosivos Provoca quemaduras e irrita las vías respiratorias Nocivo por inhalación. En contacto

contacto con piel y ojos.

Tratamiento de aguas residuales. Tratamiento de biogas

Usar el equipo Medicina. de protección Preparación de adecuado metales pesados y como reaccitivo para análisis quimico en el laboratatorio Evite el contacto con los ojos

Analisis quimico. Obtencion de aceros estructurales.

Evitar las llamas, no producir chispa. No exponer a fricción o choque Mantener alejado de matriales incompatibles . Usar en lugares ventilados

Como anodo para evitar la corrosión.

No inhalar los vapores, procurar una ventilación adecuada Utilizar guantes de neopreno o

Para usos de laboratorio, análisis, investigación y química fina Para usos de laboratorio, análisis e

Se usa como agente blanqueador y desinfectante.

con los acidos libera gases muy toxicos Ferricianuro de potasio (venenoso)

Irrita los ojos y vías respiartorias

latex. El lugar de almacenamie nto debe de ser ventilado Mantener cerrado, seco y protegido de la luz. Proteja contra daño fisico

investigación

Para usos de laboratorio, análisis e investigacion

4. PARTE EXPERIMENTAL EXPERIENCIA N1: Obtención de una sal ferrosa y su reconocimiento a) OBSERVACIONES  Al agregar HCl a las limaduras de hierro, ocurre una reacción violenta. El tubo de ensayo se calienta ligeramente por lo que podemos decir que se trata de una reacción exotérmica; además existe la liberación de un gas.  Con un tubo de ensayo se recoge el gas liberado de la reacción 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 cuestión se trata del hidrogeno debido a su alto poder inflamable.  Una vez separada la solución, por decantación, en dos tubos de ensayo (inicialmente la solución es de color verde muy claro casi transparente) se observo que, en el primer tubo, tras una gota de ferricianuro de potasio, la solución se torna de color azul de Trumbull. En el segundo tubo, al añadir dos gota de tiocianato de potasio la solución se torna transparente. b) Diagrama de Flujo

c) REACCIONES QUIMICAS Fe(s) + 2HCl(ac)  FeCl2(ac) + H2(g) Plomo 0.1M Amarillo amarillo claro FeCl2(ac) + 2KSCN(ac)  Fe(SCN)2(ac) + 2KCL(ac) Doble desplazamiento Verde claro amarillo transaparente 3FeCl2(ac) + 2K3Fe(CN)6(ac)  6KCl(ac) + Fe32+(Fe3+ (CN)6)2(s) verde claro rojiso azul de Trumbull d) CONCLUSIONES  Las sales ferrosas no son estables debido a su fuerte carácter reductor, es por esto que frente al oxigeno tienden a convertirse en sales férricas.  Las sales ferrosa se puede identificar cuando esta reacciona con una solución de hexacianoferrato (III) ya que dará como compuesto el Fe(Fe(CN)6)2 de color azul de Trumbull.  En solución acuosa el Fe+2 se puede oxidar a Fe+3 debido a la presencia del aire, siendo la sal ferrosa inestable en presencia de oxígeno. EXPERIENCIA N°2: OBTENCIÓN DE UNA SAL FÉRRICA 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 añadió agua de cloro de aspecto incoloro, en ese instante se aprecia una vibración en el color a un

amarillo, debido a que el Fe +2 pasa a ser Fe +3 producto de que es oxidado por el halógeno, es decir se da la formación de la sal férrica FeCl3. 

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



Cuando se emplea amoniaco acuoso se puede observar en un inicio con las primeras gotas se mantiene la coloración amarilla de la sal férrica, 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 formación del hidróxido férrico Fe(OH)3 que a la vez es insoluble en exceso de reactivo; pero soluble en ácidos.



Cuando se emplea ferrocianuro de potasio acuoso, K4[Fe(CN)6], se genera inmediatamente la formación de un precipitado oscuro pero algo verdoso en solución, se podría explicar por la poca presencia de cianuro, después 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) FeCl3(ac)

+ Cl2/H2O Verde

=>

Cl2 (g)

pálido

+

2

incoloro

amarillo 

FeCl3(ac) + 3 KSCN(ac) (doble desplazamiento)

=> Fe(SCN)3(ac) + 3 KCl(ac)



0,1 M amarillento 0,1 M FeCl3(ac) + 3 NH4OH(ac) NH4Cl(ac)

Rojo sangre => Fe(OH)3(s)



0,1 M amarillento pardo rojizo FeCl3(ac) + 3 K4[Fe(CN)6] (ac) => 2+ [Fe (CN)6]3(s) + 12 KCl(ac)

0,1 M amarillento de prusia

+3

Fe4 3+ azul

d) CONCLUSIONES: 

La oxidación del hierro Fe+2 a Fe+3 se puede evidenciar al notar un cambio en el color, de verde muy pálido casi transparente a amarillo, la cual se pude lograr empleando 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 (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 hidróxido de amonio. Finalmente si se emplea ferrocianuro de potasio la solución se forma el azul de Prusia.   

Fe+3 + e- = Fe+2 Eº = 0.771v 2Fe+2 +1/2 O2 +2H+ = 2Fe+3 + H2O Eº = 0.46 v Esta oxidación de Fe+2 es moderadamente rápida en una solución neutra pero se hace mas lenta en solución acida.

EXPERIENCIA N° 3: REDUCCIÓN DE UNA SAL FÉRRICA A SAL FERROSA A) OBSERVACIONES:



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



Durante la reacción ocurre que el magnesio se oxida, pasa de 0 a +2, haciendo que el Fe pase de +3 a +2, tornándose la solución de amarilla a casi transparente en un primer momento. Se puede apreciar también la formación de burbujas rodeando al Mg (s) y como algunas partículas del sólido van subiendo y bajando; a la vez el magnesio se va oscureciendo.



Al añadirle el tiocianato de potasio (KSCN) incoloro, nuestra solución queda como estaba inicialmente, por ende hay ausencia de sal férrica 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 está presente por ejemplo el oxígeno ya que ira reaccionando con él y formando sal férrica, la cual se evidencia con el aspecto algo anaranjado.



Al añadir de manera directa a la sal férrica (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+ , según la bibliografía consultada, ya que ambos iones y algunos otros presenta dicha coloración.

B) ECUACIONES QUIMICAS: 



2 FeCl3(ac) + MgCl(ac) Amarillento

+

FeCl3(ac) + + 6KCl(ac) 0,1 M amarillento

Mg

(s)

=>

polvo gris 3 KCNS(ac) 0,1 M

2 FeCl2 (ac) transparente

=>

Fe[Fe(SCN) 6] Rojo sangre

C) CONCLUSIONES: 

El reconocimiento de un proceso de reducción de sal férrica a una sal ferrosa se puede realizar empleando unas gotas de tiocianato CNS- que solo producen coloración rojo sangre en presencia de sales férricas.

EXPERIENCIA N°4: Sensibilidad de la reacción del tiocianato férrico a. OBSERVACIONES:  El color del cloruro férrico (FeCl3) es amarillento. Al agregar gotas de tiocianato de potasio (KSCN), la solución resultante se vuelve, inmediatamente, de color rojo sangre; este color se debe a la formación del ion complejo pentaacua isotiocianato hierro (III) ([Fe(NCS) (H2O)5]2+); el cual, además, indica la presencia del ion Fe3+ en la solución.  El ion Fe3+ reacciona con el tiocianato y da distintos complejos de color rojo, el complejo que predomina en la solución depende de su constante de formación y de la concentración del tiocianato.



En la primera dilución, el color rojo sangre se tornó anaranjado claro, mientras que en la segunda dilución, se hizo casi transparente e incolora. Mediante cálculos se obtiene la concentración límite de iones férricos, la cual resultó ser 1,132*10^(-3)M.

b. DIAGRAMA DE FLUJO:

c. ECUACIONES QUÍMICAS:  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 todos FeSCN2+ + SCN- <-> Fe(SCN)2+ los iones complejos son rojos Fe(SCN)2+ + SCN- <-> Fe(SCN)3 d. CÁLCULOS Y RESULTADOS:  La masa de los iones férricos 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 mL 3 gotas ≈ 0,15 mL MFe3+o = [Fe3+]*Vo = 0,1*10^(-3)g mSCNo = [SCN-]*Vo = 0,015*10^(-3)g  De la estequiometría, hallamos la cantidad de iones Fe3+ que reaccionan con SCN- para formar FeSCN2+: Fe3+ + SCN FeSCN2+ 0,1*10^(-3)g 0,015*10^(-3)g --------0,015*10^(-3)g Reactivo 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 concentración de Fe3+ después 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)M Esta concentración corresponde a la concentración límite de Fe3+ e. CONCLUSIONES:



La sensibilidad es una medida de la mínima cantidad o concentración de una especie química que se puede detectar en una determinada reacción; se puede cuantificar por parámetros como la concentración límite 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 férrico, por ejemplo, es altamente sensible debido a que se distingue el color rojo intenso correspondiente al complejo mencionado anteriormente.

5. CUESTIONARIO 2. ¿CUÁNTAS TONELADAS DE CHATARRA DE COBRE AL 98% DE COBRE EN MASA SERÁN SUFICIENTES PARA REDUCIR 100 TONELADAS DE MAGNETITA? La reducción de la magnetita por el cobre: Fe3O4(s) + 4Cu(s)  4CuO(s) + 3Fe(s) M(Fe3O4)=176 g/molM(Cu)=63.5 g/mol 176 g -------- 4(63.5) g  X=100 toneladas*4*63,5 g/176 g = 144,32 toneladas 100 toneladas ------- X como el cobre 98%, en 100% habrá: Mcu = 100 X/98 = 147,27 toneladas 3. indica las principales diferencias, tanto físicas como químicas, entre una sal ferrosa y una sal férrica. ¿Cuál es la más estable?  Sal ferrosa  Son atacadas con facilidad  Si se añade un carbonato alcalino se forma un precipitado blanco de carbonato ferroso que se transforma en verde, luego en rojizo y que es el sesquióxido 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 fácilmente para formar hierro (III).  Sal férrica  Presentan mayor estabilidad.  Si a una sal férrica le añadimos carbonato alcalino, precipita en copos rojizos gelatinosos de hidrato de peróxido de hidrogeno.



El sulfato férrico es de color amarillo y es soluble en agua a temperatura ambiente.

6. BIBLIOGRAFIA H. R. Christen. Fundamentos de la química inorgánica, 1era edición, 1986, editorial reverte SA, Barcelona, pag: 737 - 745 Arthur I. Vogel, química analítica cualitativa, quinta edición - Junio de 1974, editorial Kapelusz, S.A. – Buenos Aires. Pág. 186-190. Advanced Inorganic Chemistry, important compounds of transition metals, Volumen 2 , pág. 404-414. http://iio.ens.uabc.mx/hojas-seguridad/acido_clorhidrico.pdf http://socialdynamics.co/ingenierias/recursos/pdf/laboratorios/A gua_de_Bromo.pdf http://www.ecosmep.com/cabecera/upload/fichas/3193.pdf http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/Fichas Tecnicas/FISQ/Ficheros/201a300/nspn0289.pdf