FOSFORO, ARSÉNICO, ANTIMONIO Y BISMUTO INTRODUCCION En este trabajo de laboratorio se busca comprender y observar las propiedades de los elementos fosforo, arsénico, antimonio y bismuto, pertenecientes al grupo VA a través del estudio y observación de las reacciones y comportamiento de sus compuestos. Se tuvieron muchas precauciones, debido a que varios productos formados como la arsina, son tóxicos para la salud humana. El fosforo y arsénico con elementos no-metalicos sin embargo, el antimonio y bismuto tienen comportamiento de metaloides, es por eso que no todos los procesos de obtención de compuestos son iguales. Este trabajo de laboratorio inició con el fosforo, un elemento reactivo que en presencia de aire y a condiciones normales auto combustiona produciendo produciendo flosforecencia, así también se habló del ion fosfato, muy común en la dieta diaria, pues está contenido en gran cantidad de comidas y alimentos, siendo posiblemente peligroso para la salud humana. Al estudiar los compuestos del arsénico, se observaron distintas propiedades que nos describen carácter anfótero en su trióxido, y un carácter reductor que se manifiesta en la arsina; el antimonio y bismuto, tienen propiedades similares, esto se verifica en la hidrolisis de sus sales la cual es un proceso reversible que involucra a grupos como el bismutilo y el antimonilo, así mismo se logró obtener antimonio solido soli do en su forma mas inestable (negro) y también la precipitación de bismuto a partir de las reacciones con estannitos.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. AUTOCOMBUSTIÓN DEL FÓSFORO
En un vaso de precipitado se colocó trozos t rozos pequeños de fosforo blanco, diluido dilui do en cloruro de carbono. Se filtró la mezcla, y se dejó evaporar el filtrado obtenido.
2. IDENTIFICACIÓN IDENTIFICACIÓN DEL IÓN FOSFATO
En un tubo de ensayo se colocó 2ml de solución s olución que contenía ión fosfato, y se agregó 5 gotas de reactivo nitromolibdico. Luego, se agregó 3 gotas de ácido nítrico 6N, y se calentó por 3 mn hasta la observación de cambio de color.
3. IDENTIFICACIÓN IDENTIFICACIÓN DEL As2O3
En un tubo de ensayo se colocó 1g de trióxido de arsénico y se agregó 10ml de agua destilada, calentándolo hasta ebullición.
Se acidulo con ácido clorhídrico 6N, y se agregó sulfuro de amonio hasta que se formó un precipitado amarillo. Se dejó reposar, y anotó observaciones.
4. Propiedades anfóteras del As2O3
Se colocó As2O3 en dos tubos de ensayo. Al primer tubo, se le agregó acido sulfúrico 2N, y se calentó levemente por unos minutos. Al segundo tubo, se le agregó NaOH 2N.
5. PROPIEDADES REDUCTORAS DEL AsH 3
Se colocó en un vaso de 500ml una cantidad pequeña de As 2O3 y se acidulo con ácido clorhídrico, y zinc en granallas. Se cubrió el vaso con un papel filtró impregnado en una solución de AgNO 3.
6. IDENTIFICACIÓN DEL ANTIMONIO
En un tubo de ensayo, se agregó solución de SbCl 3 u se aciduló con HCl concentrado. Se añadió granallas de Zinc y se calentó.
7. PREPARACIÓN DEL BISMUTO
Se precipitó una solución de cloruro estannoso con potasa caustica y se añadió potasa caustica en exceso hasta re disolver el precipitado Se agregó nitrato de bismuto y se agitó.
8. HIDROLISIS DE LAS SALES DE Sb y Bi
Se agregó a dos tubos de ensayo 20 gotas de BiCl 3 y SbCl 3, respectivamente. Se añadió agua en ambos tubos hasta formación de precipitado y se acidulo con HCl.
RESULTADOS Y OBSERVACIONES 1. AUTOCOMBUSTIÓN DEL FÓSFORO El fosforo usado en laboratorio, tenía un color blanco amarillento, y luego que el cloruro de carbono se evaporó totalmente, el fosforo empezó a reaccionar, liberando gases hasta que se consumió totalmente.
Figura 1: fosforo blanco solido en vaso de precipitado.
2. IDENTIFICACIÓN DEL IÓN FOSFATO Se observó la formación de un precipitado de color amarillo, el cual estaba ampliamente distribuido por toda la solución.
Figura 2: solución final obtenida.
3. IDENTIFICACIÓN DEL As2O3 3.1 Se observa la formación e un precipitado de color amaril lo en la solución de color celeste.
Figura 3: precipitado amarillo obtenido en la identificación del trióxido de arsénico.
3.2 Se observa la formación de un sólido brillante en las paredes del tubo de ensayo, junto al hollín, el sólido presenta color plomo.
Figura 4: solido formado en las paredes del tubo de ensayo.
4. PROPIEDADES ANFÓTERAS DEL AS 2O3 En el tubo de ensayo 1, se observó que el trióxido de arsénico no se disolvía, formándose una especie de precipitado:
Figura 5: precipitado formado cuando la solución es acida.
En el otro tubo, el trióxido de arsénico se disolvió totalmente en la solución de hidróxido de sodio.
5. PROPIEDADES REDUCTORAS DEL AsH 3 Se observó que el papel filtró se tornó de color negro, debido a que había un sólido depositado en él.
Figura 6: solido depositado
en
el papel filtro.
6. IDENTIFICACIÓN DEL ANTIMONIO Se forma un precipitado de color negro, el cual se depositó en el fondo del tubo de ensayo, la reacción fue exotérmica y hay desprendimiento de un gas.
7. PREPARACIÓN DEL BISMUTO Se formó un precipitado de color amarillo, no de color negro como la teoría lo especificaba. Figura 7: Formación de precipitado luego de agregar potasa caustica.
8. HIDROLISIS DE LAS SALES DE Sb y Bi El cloruro de antimonio se hidrolizo, dando origen a un precipitado blanco, y al agregar HCl se vuelve incoloro. Al agregar agua, vuelve a su estado inicial con formación de precipitado.
DISCUSIONES 1. AUTOCOMBUSTIÓN DEL FÓSFORO Se usó tetracloruro de carbono, debido a que es un elemento orgánico que no presenta enlaces de puente hidrogeno y es anti-inflamable, debido a sus propiedades oxidativas. Si presentará puente hidrogeno haría que la estructura del fosforo blanco cambie, pues este presenta una fuerza de enlace π inestable y débil, formando una estructura tetraédrica, esta inestabilidad es la que hace posible la auto ignición del fosforo blanco en presencia de oxígeno, siguiendo la siguiente reacción:
() 5() → () Formando decaoxido de tetrafosforo, el cual se forma en un estado de excitación electrónica en el que los electrones caen al estado de más baja energía, por esta razón se produjo un resplandor blanco muy tenue.
2. IDENTIFICACIÓN DEL IÓN FOSFATO El cambio de color amarillo muy palido a un amarillo verdoso es debido a la formación de fosforo molibdato de amonio, esté compuesto se formó debido a la reacción del reactivo nitromolibdico con el ion fosfato a una temperatura alta y un medio acido, está reacción es la siguiente:
() ( ) () () → ()( ) ↓ () () () Está reacción ocurre por el poder oxidante del molibdeno presente en el reactivo nitromolibdico, pues el molibdeno es un metal de transición y el cual, al estar en presencia de ácido fuerte y amoniaco se exaltará su poder oxidante, estó ocurre también en heteropoliacidos y sales del mismo debido a su compleja inestabilidad y presencia de diversos enlaces en una misma estructura, esto hace que el fosforo se oxide, perdiendo electrones y disminuyendo su estado de oxidación para enlazarse con el heteropolimolibdato formando junto al amonio el fosforo molibdato de am onio, el cual le da color a la solución.
3. IDENTIFICACIÓN DEL As2O3 3.1 El precipitado amarillo formado es el sulfuro de arsénico, el cual se forma al reaccionar el cloruro de arsénico con el sulfuro de amonio, está reacción es posible debido a que existe un medio acido, el cual otorga el ph neces ario para que esta reacción ocurra de la siguiente manera:
2 ( ) () → 6 () El cloruro de arsénico es producto de la reacción de neutralización entre el hidróxido de arsénico y el ácido clorhídrico, la cual se describe en la siguiente reacción:
() () → 2 6 () Está sal, es soluble en la solución, y por tanto no precipita en agua, pues no presenta una polaridad alta, el hidróxido del cual proviene es producto de la reacción del óxido de Arsenio con el agua, y por tanto, se tiene que la reacción global ocurrida para la formación del precipitado amarillo que es el sulfuro de arsénico, es la siguiente:
() () ( ) () → 6 () () a. Los cristales observados en las paredes del tubo están compuestos de arsénico sólido, el cual se forma debido al fuerte poder de reducción que tiene el carbón el cual formará dióxido o monóxido de carbono dependiendo de si la reacción es completa o incompleta, debido a que se observó hollín en el tubo de ensayo, la reacción obtenida en laboratorio es incompleta y es la siguiente:
3() 2 () → 3() 4() El carbono, al estar en combustión con la presencia del óxido de arsénico, lo reducirá debido a que el carbono tiene una alta tendencia a oxidarse para lograr formar óxidos gaseosos, haciendo entonces que el arsénico pase de un estado de oxidación de +3 a 0, obtenido por esto, arsénico sólido.
4. PROPIEDADES ANFÓTERAS DEL As2O3 El trióxido de arsénico forma soluciones acuosas débilmente acidas , es por estó que se diluyó fácilmente en una solución alcalina de hidróxido de sodio, dando lugar a una reacción de neutralización en la cual, el trioxido de arsénico tiene un comportamiento acido, esta reacción es:
() () → () El metaarsenito de sodio formado es totalmente soluble en agua, de esta forma se explica el que la solución final sea incolora, sin embargo la solución de ácido sulfúrico presentó precipitado el cual no se logró disolver, debido a que el trióxido de arsénico, es débilmente ácido y reacciona débilmente con el ácido sulfúrico para formar el sulfato de arsénico, que es soluble en la solución pero debido a que no todo el trióxido de arsénico puede reaccionar, es un remanente en la solución, precipitando, la reacción de formación del sulfato es la siguiente:
() 3 () → ( )() 3 () En esta reacción, el trióxido tuvo un comportamiento ligeramente básico, pues reacciona en poca medida con el ácido fuerte, sin embargo, su comportamiento natural es acido, como se describe en la ecuación .
5. PROPIEDADES REDUCTORAS DEL AsH 3 El papel de filtro se torna a color negro plateado debido a la formación de plata, esto sucede por la reducción del nitrato de plata debido a la Arsina (AsH 3), la cual se oxida para formar nitrato de Arsénico, este proceso ocurre por las propiedades que posee el arsénico y qué debido a que es un metaloide, tiene una tendencia a formar compuestos más estables con un estado de oxidación mayor, como es el caso del nitrato de arsénico, en el cual el arsénico tiene un estado de oxidación de +3, la ecuación que describe este fenómeno es la siguiente:
() () → () ( )() () La arsina se formó debido a una reacción de desplazamiento entre el ácido clorhídrico, el cual se ioniza liberando iones hidronio e iones cloruro y el trióxido de arsénico, además, con presencia de zinc, se forma el cloruro de zinc:
() 6() 12() → 2() ↑ 6() 3 () Explicando de esta forma la formación de la arsina, un gas que reducirá al ni trato de plata impregnado en el papel filtro y formará un sólido de color gris, el cual es plata.
6. IDENTIFICACIÓN DEL ANTIMONIO Se puede explicar el olor a huevo podrido, este olor es característico del estibano, el cual se forma al momento de reaccionar el cloruro de antimonio en solución acida con el zinc, además de la formación del precipitado negro que es antimonio negro, esté proceso es de la forma: ∆
() () () → () ↓ () () El cloruro de zinc es soluble en la solución, sin embargo, el antimonio negro debido a su inestabilidad, precipita no reaccionando con el medio, está reacción ocurre por qué el ácido clorhídrico es un ácido que se ioniza fácilmente, haciendo reacciones de sustitución y adición con el cloruro de antimonio y el zinc, respectivamente.
7. PREPARACIÓN DEL BISMUTO El bismuto metálico es producto de la reducción del hidróxido de bismuto debido al estannito de potasio como se describe en la siguiente reacción:
2() ↓ 3 () → () ↓ 3 () 3 ()
ec( )
Está reacción ocurre debido al alto potencial de oxidación que tiene el Sn, presente en el estannito de potasio, el cual es / = 0.93 , es por esto que el estannito de potasio se oxida a estannato de potasio, reduciendo al hidróxido de bismuto para formar el bismuto solido que se puede observar como un precipitado negro o pardo. En el laboratorio no se logró obtener el bismuto metálico, esto es debido a la incorrecta preparación del hidróxido de bismuto y el estannito de potasio; la forma correcta de prepararlos es disolviendo el SnCl2 en disolución en potasa caustica (medio alcalino) ocasionando la formación de iones Sn 2+ y Cl- formando hidróxido estannoso y agregando KOH en exceso se logra formar el estannito de potasio:
Inicio:
() 2() → () ↓ 2 ()
ec( )
En exceso:
() ↓ 2() → 2 () ()
ec( )
Debido al exceso de KOH se crea un medio básic o en el cual se disuelve la sal de bismuto (Nitrato de bismuto), ionizándose para formar Bi 3+ y NO3- que forma con el medio Hidróxido de bismuto: + − () 3() → () ↓
ec( )
8. HIDROLISIS DE LAS SALES DE Sb y Bi La formación de precipitado blanco se explica debido a que al agregar la sal, está reacciona con el agua para formar una sal básica blanca conocida como cloruro de bismutilo, el cual es insoluble en solución acuosa; sin embargo, la formación no es directa, e inicialmente se forma una sal blanca con dos grupos hidroxilo:
() 2 () → () ↓ 2() Está sal es inestable, y a medida que se va formando empieza a liberar moléculas de agua, por lo que no puede tener grupos oxidrilos en su estructura, en su lugar, hará enlaces con oxígenos formando así el oxicloruro de bismuto, iónicamente, la reacción es: + − + () () () → ↓ 2()
() ↓→ ↓ () Sin embargo, la formación de está sal necesita de un medio ácido, es por esto que se agregó el HCl, pues esté medio al ionizarse, otorgará los iones necesarios para que se pueda formar el grupo bismutilo, el cual presenta la forma: -Bi=O, enlace que se formará debido a que las moléculas de agua presentes en la solución formarán iones hidronio, teniendo oxígenos libres, que se enlazarán doblemente al bismuto, formando así el cloruro de bismutilo:
() () → ↓ 2() El cloruro de bismutilo, sin embargo, es una sal que en presencia de agua reacciona formando nuevamente cloruro de bismuto, es por esto que en laboratorio se agregó agua y se observó un precipitado blanco lo que indica la reversibilidad de la reacción, teniendo entonces que la ecuación química de la hidrolisis del bismuto es:
↓ 2() ↔ () () Esté procedimiento, ocurre de la misma forma para la sal de antimonio, estó es debido a que el antimonio y el bismuto, por estar en el mismo grupo, tienen características similares que los definen y de igual forma sus compuestos, para el antimonio la r eacción de hidrolisis es la siguiente: Al inicio, el cloruro de antimonio será fuertemente reducido por el agua, de esta forma reaccionará formando el cloruro de antimonilo, siguiendo la reacción:
() () → ↓ () Sin embargo, como se explicó anteriormente para el caso del bismuto, esta sal de cloruro de antimonilo, en presencia de agua, formará nuevamente el cloruro de antimonio, explicando de esta forma que la reacción es reversible:
↓ () ↔ () ()
CONCLUSIONES
Se logró observar la auto combustión del fosforo. Se identificó correctamente la presencia del ion fosfato usando el reactivo nitromolibdico. Se logró formar el sulfuro de arsénico, indicando la presencia del As2O3, así como también la formación del arsénico sólido. Se comprobó el carácter anfótero del As 2O3. Se comprobó las propiedades reductoras de la arsina. Se logró obtener el antimonio solido. No se logró obtener bismuto en laboratorio. Se logró obtener la hidrolisis de las sales de Sb y Bi .
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