Chimica Inorganica e Laboratorio

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1 Chimica Inorganica e Laboratorio Esperienza n. 2: Proprietà periodiche di terre alcaline ed alogeni L esperienza 2 consiste nell osservazione della variazione periodica delle proprietà di due gruppi, le terre alcaline (Gruppo 2 o II) e gli alogeni (Gruppo 17 o VII). 1 Lo studente esegua con attenzione ogni operazione, riportando ordinatamente nel proprio quaderno di laboratorio tutti i dettagli ed i calcoli, incluse le tabelle A e B. Generalità La famiglia delle terre alcaline comprende gli elementi bario, berillio, calcio, magnesio, stronzio e radio. In questa esperienza non saranno esaminati i composti chimici derivanti da due elementi: il berillio, in quanto è un elemento piuttosto raro ed i suoi composti sono assai velenosi, ed il radio, che è un elemento altamente radioattivo. Sia in soluzione, sia come componenti di varie sostanze, gli elementi alcalino-terrosi sono presenti come cationi bivalenti M 2+. Quando in soluzione è presente uno dei cationi e contemporaneamente un anione (carbonato, solfato, iodato, o altro) è possibile la formazione di un sale insolubile. Per esempio: M 2+ (aq) + SO4 2- (aq) MSO4(s) M 2+ (aq) + 2 IO3 - (aq) M(IO3)2 (s) La solubilità dei sali varia con un andamento che rispecchia l ordine con il quale i cationi si succedono nella tavola periodica, ed è riconducibile alla stabilità del reticolo cristallino (entalpia reticolare) ed alla solvatazione (entalpia di idratazione) degli ioni costituenti. L esperimento è volto alla determinazione dell andamento della solubilità lungo il gruppo in dipendenza dalla natura dell anione (solfato, carbonato, iodato, ossalato). Anche il gruppo degli alogeni è formato da elementi relativamente reattivi (F, Cl, Br, I, At). In questo gruppo di elementi si tralascerà il fluoro perché troppo reattivo, e l astato perché radioattivo. Un esempio del diverso potere ossidante degli alogeni si osserva quando si mescola una soluzione contenente un alogeno molecolare X2 con una soluzione contenente un alogenuro Y. La reazione porta alla formazione di un nuovo alogeno Y2 secondo la reazione: X2 (aq) + 2 Y (aq) 2 X (aq) + Y2 (aq) solo se X2 è una specie più ossidante di Y2; in caso contrario la reazione procederà nel verso opposto. Nel corso dell esperimento si sfrutta la diversa solubilità di alogeni molecolari ed alogenuri. Mentre gli ioni alogenuro, incolori ed inodori, solo solubili in un solvente polare come l acqua, gli alogeni molecolari, colorati, sono scarsamente solubili in acqua, ma ben solubili in solventi apolari come l esano, essendo molecole covalenti omonucleari. Conoscendo le proprietà di solubilità dei cationi delle terre alcaline ed il potere ossidante degli alogeni è possibile sviluppare una procedura per determinare la presenza in soluzione di un qualsiasi catione del gruppo 2 e di un qualsiasi anione del gruppo 17, e poter così identificare un alogenuro di una terra alcalina. 1 Secondo la nomenclatura IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) a partire dal 1990 i gruppi sono numerati da 1 (idrogeno ed elementi alcalini) a 18 (gas nobili). Questa numerazione sostituisce la precedente, che numerava i gruppi degli elementi principali da IB a VIIIB, e i gruppi dei metalli di transizione da IA a VIIIA. - 1/5 -

2 Parte Sperimentale 1) Preparazione delle soluzioni necessarie Nella prima parte dell Esperienza dovranno essere preparate 14 soluzioni, che verranno successivamente impiegate nella seconda, terza e quarta parte. Le soluzioni acquose saranno utilizzate da tutti i gruppi. Ogni gruppo si occupi della preparazione di almeno una soluzione. Per ogni determinazione di massa o di volume si annoti la corrispondente incertezza in maniera da poter calcolare l'errore limite assoluto per ogni soluzione preparata. Utilizzare gli alogeni e le loro soluzioni esclusivamente sotto cappa aspirante, indossando i DPI necessari. a) Si preparino (tramite pesata e portata a volume in matraccio tarato da 250 ml) le seguenti soluzioni: Ca(NO3)2, Ba(NO3)2, Mg(NO3)2, Sr(NO3)2 H2SO4, Na2CO3 10H2O KIO3 (NH4)2C2O4 H2O 1.00 M 0.25 M b) Si preparino (tramite pesata e portata a volume in matraccio tarato da 250 ml) le seguenti soluzioni: KCl, KBr, KI c) Acqua di cloro: in un matraccio da 1 L aggiungere a 800 ml di acqua distillata, 180 ml di una soluzione al 5% di ipoclorito di sodio e 20 ml di acido cloridrico concentrato (12 M). La soluzione può essere adoperata anche dopo molti mesi, poiché contiene una quantità di cloro (0.12 moli) inferiore rispetto alla solubilità massima in acqua a temperatura ambiente. d) Acqua di bromo: sciogliere 15 g di bromo molecolare e portare al volume di circa 0.5 L con acqua distillata. e) Acqua di iodio: soluzione acquosa satura di iodio molecolare. Versare 200 ml di acqua distillata in una beuta di Erlenmeyer: aggiungere lentamente con una spatola metallica sotto agitazione magnetica lo iodio molecolare fino alla presenza di un persistente corpo di fondo. 2) Solubilità relativa di alcuni sali di terre alcaline. Si prendano quattro provette di piccole dimensioni e si aggiunga in ognuna 1 ml di H2SO4 1.0 M, quindi 1 ml di una soluzione 0.1 M di nitrato di calcio, bario, magnesio e stronzio. Si registrino i risultati delle prove di solubilità, annotando l eventuale presenza di precipitato e tutte le caratteristiche di quest ultimo (colore, quantità, tendenza alla sedimentazione). Si risciacquino le provette e si ripetano le prove di solubilità dei carbonati, degli ossalati e degli iodati, aggiungendo ad una 1 ml di soluzione di ogni anione [Na2CO M, (NH4)2C2O M, KIO3, rispettivamente] 1 ml di soluzione di ogni catione. Si riportino tutte le osservazioni e le reazioni bilanciate nella tabella allegata A. 3) Potere ossidante relativo degli alogeni Le operazioni descritte devono essere eseguite sotto cappa aspirante. Si versino in una provetta 1 2 ml di una soluzione acquosa satura di bromo e si aggiunga 1 ml di esano. Si agiti la provetta fino a quando la colorazione del bromo sarà passata nello strato di esano. Si ripeta questa procedura usando soluzioni sature di cloro e di iodio. Si annoti in particolare la variazione di colore che si verifica quando gli alogeni passano dalla soluzione acquosa alla fase organica. Si risciacquino le provette e si aggiunga 1 ml di acqua di cloro, 1 ml di esano e 1 ml di sale di potassio di ogni alogenuro. Dopo aver agitato bene la soluzione, si osservi ogni variazione rispetto al colore del Cl2 in esano, e si stabilisca sulla base delle osservazioni se il cloro molecolare sia un ossidante migliore o peggiore del bromo e dello - 2/5 -

3 iodio. Si ripeta con la soluzione satura di Br2 e poi con la soluzione satura di I2. Si riportino infine tutte le osservazioni e le reazioni bilanciate nella tabella allegata B. 4) Identificazione dell alogenuro di una terra alcalina. Le osservazioni relative ai punti 2 e 3 permettono l identificazione di un campione incognito di un alogenuro di una terra alcalina. Il campione sarà fornito come solido. Sciogliere il campione in 10 ml di acqua distillata e sottoporlo ai test per l identificazione del catione alcalino-terroso e dell anione alogenuro. - 3/5 -

4 Tabella A Solubilità H2SO4 1M Na2CO3 1M (NH4)2C2O4 0.25M KIO3 0.1M Mg 2+ Ca 2+ Sr 2+ Ba 2+ Annotare la presenza di precipitato e le sue caratteristiche per ogni miscela ottenuta mescolando le soluzioni degli ioni alcalino terrosi con le soluzioni degli anioni precipitanti. Bilanciare le reazioni chimiche ipotizzate.

5 Tabella B Tabella alogeni/alogenuri Cl Br I Cl2 Br2 I2 Riportare i risultati delle singole reazioni fra alogenuri ed alogeni. Indicare in particolare le modifiche cromatiche osservate e le reazioni chimiche bilanciate che si ritiene siano avvenute. SOSTANZA INCOGNITA: