Basicidad de los oxoaniones Alcaide Palapa Miriam López López Samuel Objetivos Determinar y comprender las variables de un oxoanión que influyen en su basicidad y de qué manera lo hacen.
Introducción Un oxoanión es un ion poli atómico, constituido por un átomo central de un elemento (generalmente no metal, pero pueden ser elementos de distintos grupos de la tabla periódica) y uno o varios átomos de oxígeno. Como todos los aniones, los oxoaniones tienen carga negativa, dado que han ganado uno o varios electrones. Estos electrones son compartidos por todos los átomos
integrantes
del
Los oxoaniones simples tienen una estructura AO
−
m n
oxoanión.
, siendo A es el elemento central del anión. La
fórmula de los oxoaniones simples sigue la regla del octeto, formulada por Lewis: “Un átomo diferente del hidrógeno tiende a formar enlaces ganando, perdiendo o compartiendo electrones, hasta quedar rodeado por ocho electrones de valencia”. Esto se aplica sobre todo para los elementos del segundo período de la tabla periódica, pues tienen orbitales 2s y 2p, capaces de contener ocho electrones. De todas maneras hay excepciones a la regla del octeto, por ejemplo moléculas con número impar de electrones. Estas moléculas son muy reactivas, ya que tienen a usar
el
electrón
solitario
para
formar
enlaces.
Ejemplos de oxoaniones de elementos del segundo período de la tabla, son los siguientes: −
NO3 ion nitrato 2−
CO3 ion carbonato
La estructura de estos aniones es pirámide trigonal. Cada átomo de oxígeno comparte un par de electrones con el átomo central, y los pares de electrones compartidos se alejan a la máxima distancia posible, dado que sus cargas negativas se repelen. Entonces, al haber tres pares de electrones compartidos, la distancia entre cada uno de ellos es de 120 grados. −,
En el caso de los iones NO 2 la estructura es lineal; al haber sólo dos pares de electrones compartidos, éstos se disponen uno a cada lado del elemento central.
Los oxoaniones formados con los elementos del tercer período de la tabla, con el número de oxidación principal del grupo, son tetraédricos. Algunos ejemplos son: 2−
SO4 ion sulfato 3−
PO4 ion fosfato
En algunos casos, los oxoaniones formados con estos elementos cumplen la regla del octeto. Por ejemplo el cloro (V) tiene solo dos electrones de valencia, por lo que puede compartir tres pares de −
electrones al reaccionar con oxígeno, por lo tanto se forma el oxoanión ClO 3 ion clorato.
Algunos oxoaniones, con carga alta, pueden sufrir una reacción de condensación, como sucede en la formación del el ion dicromato:
En esta reacción el oxoanion monomérico actuaría como base y el condensado como ácido conjugado, de esa manera esta reacción sería como de ácido-base. Puede ocurrir más de una condensación, como ocurre con el ion adenosina fosfato, que se transforma en adenosina bi fosfato o adenosina tri-fosfato (ATP), molécula de gran importancia biológica, dado que su hidrólisis aporta mucha energía al metabolismo celular.
Sustancias NaNO2, Na2SO3, NaBO2, Na2CO3, NaNO3, KClO4, NaClO3, KIO4, KBrO3, Na2WO4, KIO3, K2SO4, NaVO3, Na3VO4, Na2SiO3 y Na3PO4.
Material Tubos de ensaye, indicador universal, agua destilada, espátula, tiras para medir pH.
Procedimiento Asegurándonos de que los tubos de ensayo estuvieran limpios agregamos 5 ml de agua destilada y una gota de indicador universal si alguno no coincidía de color con el de los demás se procedía a tirar el agua, lavarlo y agregarle otra vez agua con indicador. Se registró el pH del agua destilada. En cada uno de los tubos (limpios) se colocó una pequeña cantidad de las sales con las que se contaba adicionándole agua destilada y agitando hasta hacer que las sales se disolvieran. Con el uso de las tiras de pH como potenciómetro se registró su valor en la tabla correspondiente. Después se anotó el pH registrado agregándole una gota de indicador universal en la tabla correspondiente.
Cuestionario 1. Con indicador universal a) ¿Cuál es el pH del agua destilada? 6
Tabla 1. Resultados de las determinaciones de pH de las disoluciones de oxoaniones estudiadas, utilizando indicador universal. Formula Anión
pH
Anión
pH
Anión
pH
Anión
−
6
−
9
pH
Anión
pH
general
−
−
7
−
−
8
−
9
−
7
−
8
10
−
−
−
−
−
−
10
−
8
−
11
−
6
−
6
−
10
−
8
−
9
2. con tiras de prueba pH a) ¿Cuál es el pH del agua destilada? 6
Tabla 2. Resultados de las determinaciones potenciométricas de pH de las disoluciones de oxoaniones estudiadas. Formula Anión
pH
Anión
pH
Anión
pH
Anión
−
6
−
8
pH
Anión
pH
general
−
−
7
−
−
8
−
8
−
7
−
8
10
−
−
−
−
−
−
7
−
7
−
11
−
6
−
6
−
11
−
6
−
8
1.- ¿A qué atribuyes el hecho de que el pH de algunas disoluciones sea muy parecido o el mismo que el del agua?
En que el grado de disociación es muy baja y/o la cantidad del compuesto es muy baja.
2.- ¿Cuál es la influencia de la carga del oxoanión en su basicidad? Anota los ejemplos que tomas en cuenta para comparar. Establece un comportamiento general de acuerdo a lo observado.
A mayor carga del oxoanión es más básico, porque el anión tiene más fuerza para atraer el protón.
> > >
3.- ¿Cuál es el efecto del número de oxígenos del oxoanión en su basicidad? Anota los ejemplos que tomas en cuenta para comparar. Generaliza de acuerdo con lo observado.
Mientras más oxígenos estén rodeados al átomo central, se presenta menor electronegatividad distribuida, por lo tanto tiene menor tendencia a atraer
+
.
>
4.- ¿Cuál es la influencia de la electronegatividad del átomo central E del oxoanión en su basicidad? (Para esto es conveniente que construyas una tabla con la electronegatividad de E y el pH para un mismo tipo de oxoaniones.)
A menor electronegatividad aumenta su basicidad. tomo central
Electronegatividad
Ph
Cl
3.16
7
N
3.04
7
Br
2.96
6
I
2.66
6
S
2.58
8
C
2.55
11
W
2.36
8
P
2.19
11
B
2.04
10
Si
1.90
9
V
1.63
9
5.- ¿Qué relación existe entre el número de oxígenos en el oxoanión y el estado de oxidación del átomo central E?
A mayor estado de oxidación del átomo central, más básico será el oxoanión.
6.- Elabora una hipótesis que involucre el estado de oxidación del átomo central del oxoanión y las propiedades ácido-base de éste.
Mayor número de oxidación del átomo central, más básico será el oxoanión. 7.- ¿Cuáles son las variables en un oxoanión que influyen en su basicidad y en qué forma? (Contesta de manera breve.)
Mayor número de oxígenos, menor basicidad.
Mayor carga del oxoanión, mayor basicidad.
Mayor número de oxidación del átomo central, mayor basicidad.
Menor electronegatividad del átomo central, aumenta su basicidad.
Análisis de resultados Con base a los resultados de las tablas se observó que la carga de los oxoaniones es una variable que interviene en la basicidad de los mismos. Como ejemplo podemos ver que perclorato de potasio tiene cuatro oxígenos y la carga del oxoanión es menos uno, con un pH de 7 y si lo comparamos con el Na2VO4 la carga del oxoanión es de menos 3 y su pH es de 10, por lo tanto podemos afirmar que a mayor carga del oxoanión, mayor basicidad. Durante el procedimiento, algunas de las sales disociadas tuvieron un pH muy parecido al del agua o un valor neutro como es el caso del perclorato de potasio, esto se debe a que los oxoaniones de estas sales no tuvieron mucha reactividad con el agua, es decir, no hubo la suficiente disociación sino que hubo una solvatación de las moléculas en el compuesto y por lo tanto se observó el mismo pH. Por otra parte vimos que se observa otra variable que interviene en la basicidad, fue la presencia de oxígenos, comparando los diferentes compuestos vemos que: Especie
Número
de
Carga
del
pH
oxígenos
oxoanión
NaNO2
2
-1
8
NaNO3
3
-1
7
KIO3
3
-1
6
KIO4
4
-1
6
Lo cual podemos afirmar que a mayor número de oxígenos presentes en los oxoaniones, menor basicidad.
Por otro lado, se observó que la electronegatividad de los átomos centrales interviene en la basicidad de los oxoaniones, como podemos ver en la siguiente tabla de comparación:
Especie
Carga del anión
Número
de
Electronegatividad
oxígenos
del átomo central
pH
NaClO3
-1
3
3.16
7
NaVO3
-1
3
1.63
8
Concluyendo que a mayor electronegatividad del átomo central, menor basicidad de los oxoaniones. Finalmente vimos que el pH del agua fue muy importante para realizar la práctica; al tomar su pH tuvo un valor de 6, debió ser 7 ya que es neutra por naturaleza, más sin embargo como el agua ya ha sido manipulada, nos indica la presencia de iones ácidos por el CO2 presente en el aire que se mezcla con el agua y genera iones HCO3 y por ello que tuvimos este resultado.
Conclusión En esta práctica aprendimos que los oxoaniones tienen comportamiento básico y que en disolución acuosa el oxígeno atraerá a los hidrógenos del agua y analizando los resultados concluimos que mayor número de oxidación del átomo central, mayor basicidad; a menor electronegatividad del átomo central, aumentará la basicidad y por otra parte a mayor tamaño del radio iónico, mayor será su basicidad, es decir, la estabilidad del oxoanión dependerá de la fuerza de unión que exista entre el átomo central y el oxígeno.
Alcaide Palapa Miriam De acuerdo a los resultados podemos concluir que las variables que influyen en la basicidad respecto a los oxoaniones son la electronegatividad ya que en esta al ser cada vez menor se presentaba con mayor basicidad y que en la presencia de los oxígenos mientras estos fueran más mayores eran la tendencia a ser ácidos.
López López Samuel Bibliografía
RAYNER, G. (2000) Química Inorgánica descriptiva, Segunda edición, Pearson Educación, México.
HUHEEY, J. (1997) Química Inorgánica, Oxford-Harla, México Editores, México.
