Laboratorio de Química Inorgánica II Síntesis de Sulfato de Hierro y Amonio Hexahidratado Hexahidratado (Sal de Möhr) Synthesis of Iron Sulfate and Ammonium Hexahydrate (Möhr Salt) Kelly Alarcón Vitar – Hernando Hernando Guerrero Durango – Lucas Lucas Humánez Galindo – Diany Reyes Ortiz Departamento Departamento de Química, Facultad Facultad de Ciencias Básicas, Básicas, Universidad Universidad de Córdoba, Córdoba, Carrera 6 No 76-103, km 3, Vía Cerete, Montería, Colombia.
RESUMEN La sal de Möhr o también llamada sulfato ferroso amónico o sulfato de hierro (II) y amonio hexahidratado es una sal doble que se sintetiza a partir de sulfato de hierro (II) heptahidratado (FeSO4*7H2O) y sulfato de amonio, es muy estable frente al oxígeno atmosférico y cristaliza en forma hexahidratada en monoclínico. Sólo existe en estado sólido y se forma por la cristalización de la mezcla de los sulfatos correspondientes debido a que ésta es más insoluble que los sulfatos por separado. La reacción se realiza en dos pasos: en el primero se obtendrá sulfato de hierro (II) y en segundo lugar el compuesto deseado. La Sal de Mohr se obtiene como un hexahidrato de fórmula Fe(NH4)2(SO4)2∙6H2O.
Palabras Claves: Cristalización, sulfatos, solubilidad. 1
ABSTRACT Möhr salt or also called ferrous ammonium sulfate or iron (II) sulfate and ammonium hexahydrate is a double salt that is synthesized from iron (II) sulphate heptahydrate (FeSO4*7H2O) and ammonium sulfate, is very stable against atmospheric oxygen and crystallizes in a hexahydrated form in monoclinic. It only exists in the solid state and is formed by the crystallization of the mixture of the corresponding sulfates because it is more insoluble than the sulfates alone. The reaction is carried out in two steps: in the first step, iron (II) sulphate is obtained and secondly, the desired compound. Mohr salt is obtained as a hexahydrate of formula Fe(NH4)2(SO4)2*6H2O.
Keywords: Crystallization, sulfates, solubility.
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INTRODUCCIÓN La sal de Möhr o también llamada sulfato ferroso amónico o sulfato de hierro (II) y amonio hexahidratado es una sal doble. Las
sales
dobles
son
compuestos
cuaternarios. Se forman cuando al menos dos sales se disuelven en un mismo líquido y cristalizan de forma regular. La síntesis del sulfato ferroso amónico se lleva a cabo en dos pasos: durante la primera etapa se realiza la formación del sulfato de hierro, luego de la formación del sulfato de hierro éste se hace reaccionar con sulfato de amonio para formar la sal de Möhr.
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MATERIALES Y METODOLOGÍA Materiales
Éter dietílico
Sulfato de amonio
Etanol
1 vidrio de reloj
1 equipo de filtración al vacío
2 espátulas
1 agitador
1 matraz de 250 ml
1 pipeta de 10 ml
1 tapón
1 cápsula de porcelana
Papel aluminio*
1 termómetro
1 mechero
1 embudo
1 Erlenmeyer de 100 ml
Papel filtro
1 Beaker de 50 ml
1 Beaker de 500 ml
Balanza analítica
Metodología Para la síntesis de 2g de sulfato hierro y amonio se realizó el siguiente protocolo experimental: 1. Introducir 0.284g de hierro en polvo en un matraz de 250mL. 2. Agregar
0.271mL
de
H2SO4
concentrado (6M). 3. Tapar el matraz usando una válvula de Bunsen. 4. Evitar la prolongada acumulación de los gases. 5. Disminuir la velocidad de la reacción, calentar el matraz ligeramente. 6. Al terminar la reacción (acabar el burbujeo) filtrar la solución en caliente y recolectar el filtrado en un
Reactivos
Hierro en polvo
Ácido sulfúrico 6,0 M
Erlenmeyer de 100mL.
4
7. Anadir a la solución 0.673mL de sulfato de amonio hasta dilución. Calentar en caso de resistencia.
la sal de Möhr y se titula con el permanganato estandarizado. 2. Posteriormente,
se
toman
unos
8. Enfriar el Erlenmeyer, bajo un flujo
cristales de la sal de Möhr y se
de agua y después en baño de hielo.
disuelven en agua. Esta disolución se
9. Filtrar al vacío cuando la temperatura
reparte en dos tubos de ensayo; para
sea igual a 10°C.
el primero se adicionan gotas de
10. Prensar los cristales para eliminar las aguas madres.
tiocianato de potasio y para el segundo
11. Lavar los cristales con 2mL de etanol
se
ferrocianuro
añaden de
gotas
potasio.
de A
continuación, en otros dos tubos de
y 2mL de éter dietílico.
ensayo se toma 1mL de la solución
Ensayos complementarios
titulada con permanganato de potasio 1. Para determinar el porcentaje de
para cada tubo, y se adicionan gotas
pureza de la sal obtenida se utiliza la
de tiocianato de potasio y ferrocianuro
técnica de permanganometría. Ésta
de potasio, respectivamente.
técnica se lleva a cabo con una solución de KMnO4 estandarizada a partir de oxalato de sodio y añadiendo 30mL H2SO4 al 5% hasta dilución completa. Se calentó la solución a 60°C y posteriormente se valora la solución
de
permanganato
mencionada. Posterior a esto se pesa 5
RESULTADOS Y DISCUSIONES A partir de desarrollo experimental de la práctica se pudieron sintetizar pocos cristales de la sal de Möhr:
El
hierro
(Fe)
es
un
metal
de
transición que por lo general maneja estados
de
oxidación de 2+ y 3+
dependiendo del pH, así el ácido sulfúrico mantiene el estado de oxidación del elemento
en (ligeramente
acido)
y
actúa como agente deshidratante porque elimina las
moléculas
de
agua
en
forma del ión complejo [Fe(H2O)6]2+. La coordinación normal del Fe (II) es octaédrica al igual que la
de
sus
complejos. Todas las sales hidratadas Figura 1: Cristales de la sal de Möhr
La obtención de esta sal doble se lleva a cabo mediante a las interacciones que ocurren entre los iones de las sales de sulfato de hierro y sulfato de amonio. Durante la primera etapa del proceso de síntesis, se obtiene el sulfato de hierro en la reacción ocurrente entre hierro y ácido sulfúrico.
de
hierro (II)
[Fe(H2O)6]2+ de
contienen color
los
verde
iones claro,
cuyo espectro electrónico y momento magnético son consistentes con d6 de alto
espín. Aunque es muy común la
oxidación parcial a compuestos amarillos o cafés de hierro (III). Los cristales de las sales simples, como el sulfato de hierro (II) heptahidratado,
tienden a
perder algunas moléculas de agua en un proceso llamado eflorescencia. 6
porque no sólo se empezaría a perder vapor de agua sino también solución con
la
sometió ya
sal disuelta. Después la solución que según
se
a enfriamiento, el
principio
termodinámico “a menor temperatura, menor solubilidad”, logrando con ella la
precipitación de los cristales de la sal de Möhr. En el cambio de temperatura Ilustración 2: Formación del sulfato de hierro
mientras que la solución se enfría los
En la segunda etapa del proceso de
átomos
síntesis, se hacen reaccionar la solución
por
de sulfato de hierro y el sulfato de
movilidad dentro de la solución; ellos
amonio. Al lograr la disolución total
empiezan a ocupar una posición más
del
orientada del cristal. Cada vez más
analito
en ambas soluciones
descritas, se mezclaron y se
elevó
la
temperatura
para
lograr concentrar la
solución, y
de esta forma establecer
van
perdiendo
energía,
y
lo tanto, van disminuyendo su
átomos pierden energía y ya varios grupos
aislados
haber quedado
de átomos ya
pueden
orientados
y
un medio propicio para la formación de
enlazados, adquiriendo una estructura
la sal. Lentamente se va
rígida.
vapor
de
agua
y
perdiendo
la concentración
se empieza a saturar de la sal de Möhr. Sin
embargo,
no
calentando después
se
puede seguir
de la ebullición
7
Los átomos vecinos se van agregando
El
lentamente a estos grupos de átomos
37.04% para la sal de Mohr, posiblemente
mientras pierden energía térmica y
es debido a que en el proceso de
forman nuevos cristales elementales
cristalización
unidos y dentro de la solución forman
solución por los residuos que quedaron
redes cristalinas en crecimiento. Estos
en los vasos, además de los que se
cristales en crecimiento, alcanzan un
quedan en los papeles filtro utilizados
tamaño mayor y se convierten en núcleos
para el proceso. Además hay que tener
de cristalización, y a su alrededor
en cuenta que en la reacción del hierro
comienza a tejerse la red cristalina, a
se debe impedir que la solución se
medida que más y más átomos van
seque porque podría generar efectos
perdiendo energía con el enfriamiento.
diferentes a los esperados, como la
Cuando los átomos tienen su energía
oxidación del hierro que daría paso a
térmica mínima se dice que se ha
la formación del Fe(OH)3. De igual
alcanzado
manera la neutralización en caliente del
la temperatura
de
solidificación.
porcentaje
de
rendimiento
de
se pudo haber perdido
ácido sulfúrico concentrado con sulfato de amonio es muy importante aunque el de sulfato de amonio daría como resultado que
no
todo
el
hierro
adicionado se transforme en la sal de Mohr. Figura 3: Estructura cristalina de la sal de Mohr, de color verde Fe, rojo O, S de color amarillo, azul, N, H gris. (Los enlaces y la malla se dibujan en oro)
El color obtenido para la sal de Mohr fue verde pálido, esto se debe a la 8
presencia de los
(II)
Para la titulación de la sal de Mohr
hidratados, este compuesto es una sal
con permanganato fue necesario agregar
doble que se caracteriza por ser el
ácido sulfúrico
resultado de
ayudar a la disolución total de sal
sales
iones
Fe
una combinación de dos
neutras,
y
posee
una
alta
estabilidad de red cristalina porque
ni
efloresce ni se oxida cuando se expone a la atmósfera. Por ello,
se
usa
y
además
lo que
soluciones
por
para
ayuda a que el Fe2+ pase a Fe3+.
como
agua
(V/V)
para aumentar el poder
de permanganato de potasio. Además se usa para purificación de
5%
oxidante del permanganato,
estándar primario en titulaciones redox, sobre todo para estandarizar
al
Para
la
estandarización
del
floculación y para eliminar fosfatos en
permanganato se utilizó como patrón
las plantas de depuración municipal
primario el oxalato de sodio. La reacción
e
que
industrial para
eutrofización
de
prevenir masas
superficiales. Grandes
de
cantidades
la agua
para
la reducción
con
el
oxalato
y
el
permanganato es la siguiente.
de
esta sal se usan como agente reductor, sobre todo
ocurre
de
cromatos en cemento. También se utiliza como floculante y, además, como un
Al
reactivo
potasio a la sal de Möhr disuelta en
en química molecular para
precipitar proteínas solubles.
agregar
gotas
de tiocianato
de
agua la solución se tornó de color azul, al
9
agregar ferrocianuro de potasio a la sal disuelta la solución se tornó de color naranjado,
mientras
que
al añadir
ferrocianuro a la sal de Möhr titulada con
permanganato
tornó amarilla,
esto
la
solución debido
a
se la
formación de complejos que se presenta. En el caso de la adición del ferrocianuro
Figura 4: Sal de Möhr y tiocianato de potasio
a la sal de Möhr titulada se obtiene un color diferente que con la
sal
solo
disuelta en agua, esto debido a que cuando se titula con el permanganato el hierro se oxida a Fe3+ lo que daría un color diferente. Las reacciones que ocurren son las siguientes: 1. 2.
3.
Figura 5: Sal de Möhr y ferrocianuro de potasio
10
adicionó KSCN se tornó de color amarillo claro, mientras que la adicción de K 3Fe(CN)6 torna la solución a un color azul oscuro. La adicción de este mismo reactivo a la solución titulada de sal de Mohr provoca igualmente un cambio de color a naranja respectivamente, como ya se mencionó el cambio visible de color es debido a la oxidación del ion Fe2+ a Fe 3+, Figura 6: Sal de Möhr titulada con permanganato de potasio en presencia de ferrocianuro de potasio
se supone que en la solución titulada, estos iones no deberían existir como tales
El método de análisis anteriormente
sino solo iones Fe3+, por la oxidación del
descrito fue cualitativo, se realizó una
KMnO4.
prueba cualitativa que consistió en adicionar, a una solución acuosa de sal de Möhr sintetizada, pequeños volúmenes de
Durante la valoración permanganométrica de la sal de Möhr se da la reacción química:
KSCN y K 3Fe(CN)6, los cuales provocan el cambio de color de la solución, lo que se debe a que ocurre una reacción de 2+
oxidación de Fe
3+
a Fe , aunque cabe
resaltar y aclarar que la coloración depende del tipo de ligando que se
MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O (Fe2+ → Fe3+ + e-) *5 MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O 5Fe2+ → 5Fe3+ + 5eMnO4- + 8H+ + 5Fe2+ → Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
adicione. La solución a la cual se le
11
La aplicación de la sal de Möhr se encuentra en muchas industrias. Por ejemplo, en la química – para analizar la concentración de la sustancia en solución (permanganato
de
potasio – para
determinar el título, mientras que la determinación del volumen de vanadio,
Figura 7: Propiedades físicas y químicas de la sal de Möhr
cromo, éter y alcohol etílico). La sal se ha
Un oxoanión es un ión poliatómico,
aplicado también en la madera – solución
constituido por un átomo central de un
altamente concentrada de su uso para la
elemento (generalmente no metal, pero
impregnación de la madera para evitar la
pueden ser elementos de distintos grupos
putrefacción. Se puede utilizar como
de la tabla periódica) y uno o varios
aditivo alimentario, y también se utiliza
átomos de oxígeno. Como todos los
para aumentar el número de células de la
aniones, los oxoaniones tienen carga
sangre, aumentar el nivel de hemoglobina
negativa, dado que han ganado uno o
en la sangre. Se usa también para
varios electrones. Estos electrones son
identificar urobilin en la orina – una
compartidos
sustancia indicativa de problemas renales.
integrantes del oxoanión. En el caso del
La utilidad de esta sal es debido a un
azufre, la estructura de los oxoaniones de
contenido significativo de óxido de hierro
azufre (IV) es:
por
todos
los
átomos
que puede ser fácilmente absorbido por el cuerpo humano.
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del 37.04%, esto debido a perdidas en la filtración, y también posiblemente a la oxidación del hierro. El estado de oxidación del hierro depende del pH del sistema; por eso Figura 8: Estructura de los oxoaniones de azufre (IV)
es fundamental que el hierro este en un
medio
ligeramente ácido para
mantener su estado de oxidación +2 y para evitar la formación del Fe (OH)3
CONCLUSIONES
REFERENCIAS
La formación de la sal de Mohr se genera con el cambio de temperatura, a menor temperatura los átomos
van
DOUGLAS,
inorgánica.
disminuyendo su movilidad dentro de la
1982, pp. 430.
una
D.
Conceptos y modelos de química
perdiendo energía, y por lo tanto, van
solución; empiezan a ocupar
B. McDANIEL,
Universidad
Reverte, S.A, España,
Complutense
de
posición más orientada del cristal, un
Madrid. Cristalización de la sal de
sistema monoclínico construido a partir
Mohr. http://www.ucm.es. Revisado
de tres entidades: un complejo de
el 19 de Abril de 2014.
hierro hexacoordinado por moléculas
WELLS,
A. Química
de agua, un grupo sulfato y un grupo
estructural. 1ra Ed.
amonio. En la síntesis de la sal de Mohr
Oxford 1978, pp. 992.
Inorgánica
Clendon press,
se obtuvo un porcentaje de rendimiento
13
COTTON A.; Advance Inorganic Chemistry: The Chemistry of the Transition Elements. 6ta Ed. John Wiley & Sons, Reino Unido; 1999, pp. 779, 789 - 791.
14
