▷ Obtención de ALUMBRE y AZUL THÉNARD

OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO

Preparar sales dobles (alumbres) que retienen buena parte de las propiedades químicas de los iones que las forman y por otra parte, las espinelas (óxidos mixtos), que presentan propiedades físicas y químicas bastante diferentes a los óxidos que las forman.

Se partirá de aluminio metálico, que oxidaremos en medio básico, para facilitar su purificación al aislarlo en forma de hidróxido antes de la formación del alumbre amónico.

Éste último se empleará como fuente de aluminio en la síntesis de Al₂CoO₄ (azul de Thénard), la cual se efectúa por calentamiento de la mezcla de óxidos correspondiente.

MATERIALES EMPLEADOS

Embudo Büchner y matraz Kitasato
Vaso de precipitados grande
Vaso de precipitados pequeño
Embudo cónico
Vidrio de reloj
Navecilla de cerámica

REACTIVOS

Aluminio (0.5 g)
NaOH_(s) (1.33 g)
NaOH 1M
Amoníaco 2M
CoCO₃ (0.25 g)
KCl
HCl
H₂SO₄ 2M

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

OBTENCIÓN DEL ALUMBRE DE AMONIO

En un vaso de 200 mL colocamos 0.50 g de aluminio, cubrimos el metal con H₂O caliente (lo justo para que cubra) y añadimos 12 mL de una disolución de NaOH al 10% (d=1.11 g/mL) poco a poco.

Cuando la efervescencia disminuye, se calienta la mezcla hasta disolver el aluminio. Se diluye con 30 mL de agua destilada caliente y se filtra en embudo caliente.

Sobre el filtrado se añade agitando ácido sulfúrico 2M hasta que la disolución quede neutralizada.

Para neutralizar 1.36 g de NaOH se necesita:

El precipitado que se obtiene se filtra en Büchner y se lava con agua destilada caliente (4x15mL), ya que es insoluble. (Reacción I) En un vaso de precipitados de unos 200 mL, se disuelve el precipitado en 15 mL de ácido sulfúrico 2M calentando y agitando la mezcla constantemente para favorecer su disolución.

Una vez que esté COMPLETAMENTE DISUELTO (si no se obtiene otro producto) se añaden muy lentamente 5 mL de amoníaco 2M (Reacción II).

Se cristaliza la mezcla durante todo el día a temperatura ambiente. Los cristales de (NH₄) Al(SO₄)₂^. 12 H₂O obtenidos se recogen por filtración en Büchner, se lavan con agua fría (poca cantidad ya que es soluble) y se secan por succión.

IMPORTANTE: Se debe de utilizar el mismo vaso para precipitar Al(OH)₃ ya que es bastante complicada su limpieza.

Peso de (NH₄) Al(SO₄)₂^. 12 H₂O obtenido = 4.86 g

Obtención de Azul de Thènard

En un vaso de 100 mL disolvemos 0.25 g de CoCO₃ en la mínima cantidad de HNO₃ necesaria (V_HNO3= 3 mL) calentando (Reacción III). La mezcla se diluye con H₂O y se filtra por gravedad hasta obtener 20-25 mL de Co(NO₃)₂ (soluble).

A esta disolución se le añade otra que contiene 2g del alumbre formado (20 mL aproximadamente). La mezcla se calienta a ebullición, mientras se añade NaOH 1M hasta pH=7 aproximadamente. Se debe calcular cuánto NaOH hace falta para neutralizar en las reacciones IV y V).

El precipitado que se obtiene se filtra en Büchner y se lava con agua destilada hasta eliminar el exceso de iones OH^– (Obtenemos mezcla de OH^–). (Reacción VI)

Se transfiere el contenido a una cápsula y se seca por calentamiento. Una vez obtenida la mezcla de óxidos se divide en dos porciones.

A una de ellas se le añade 1.5 veces su peso de KCl, que actúa como fundente, y se calienta hasta fusión con navecilla cerámica que se introduce (con pinzas metálicas) en un horno a 800 º C durante 30 minutos. (Reacción VII)

La mezcla resultante se deja enfriar (apoyar la navecilla en un ladrillo cerámico seco), se lava con agua caliente para eliminar el KCl y se seca el Azul de Thénard.

De esta forma se obtiene una mezcla de hidróxidos, pero antes se calcula cuanto NaOH 1M es necesario para neutralizar y que precipite el Al(OH)₃:

Como se añaden 3 mL de HNO₃:

3 mL HNO₃ – 0.2934 mL HNO₃ = 2.707 mL HNO₃en exceso

Se necesita neutralizar el exceso, lo que proviene del Co(NO₃)₂ y del (NH₄) Al(SO₄)₂ ^. 12 H₂O:

Para calcular lo que proviene del Co(NO₃)₂ no se tiene el dato de cuánto nitrato se tiene, pero se sabe que, para formarlo, todo el CoCO₃ reaccionó, por lo tanto:

El volumen total de NaOH 1M necessário para neutralizar es de: V_NaOH(1M) = 38.787 + 4.204 + 17.647 = 60.638 mL

Se comprueba mediante ensayos que el óxido mixto tiene diferentes propiedades a los óxidos con los que fue formado.

CUESTIONES

Escribir todas las reacciones implicadas en la formación del Alumbre

Ya han sido mencionadas a lo largo del experimento.

2. ¿Por qué hay que lavar bien con agua caliente el precipitado de hidróxido de aluminio que se forma durante la preparación del Alumbre?

Como el Al(OH)₃ es insoluble en agua y precipita en medio neutro, al lavar con agua caliente nos aseguramos de que el Na₂SO₄ esté completamente disuelto y que todo el sólido sea Al(OH)₃.

3. ¿Podrían secarse los cristales de alumbre el la estufa?

No, porque este compuesto funde a 94 º C.

4. ¿Cuál es la composición de la mezcla que se funde para obtener el óxido mixto?

Al₂O₃ + CoO

5. ¿Explicar las observaciones realizadas en los tubos de ensayo?

Ya explicadas con anterioridad.

Rendimiento de la Síntesis del Alumbre

Rendimiento de la mezcla de Óxidos

Se obtuvo un rendimiento superior al 100% debido a que parte del sólido formado al calentar la mezcla de hidróxidos no es sólo óxido, sino que parte de los hidróxidos no se han deshidratado por completo.