Material

Matraz de dos bocas
Matraz Schlenk
Embudo de adición de presión compensada
Borboteador con parafina
Pipetas
Probeta
Vaso de precipitados

Reactivos y disolventes

CrCl₃ . 6H₂O
HCl concentrado
Dietiléter
Isopropanol
Cinc en virutas finas
NaOAc . 3H₂O

Precauciones:
Cloruro de cromo(III) hexahidratado	Irrita ojos, piel y vías respiratorias
Et₂O	Extremadamente inflamable. Evite respirar los vapores. Puede formar peróxidos que son explosivos.
HCl concentrado	Evite respirar sus vapores y el contacto con mucosas.
Isopropanol	Inflamable. Evite el contacto con la piel y los ojos.

En este experimento se tratará de sintetizar un complejo dinuclear de Cr²⁺ de color rojo teja que posee de un enlace múltiple Cr-Cr, 4 ligandos acetato y 2 moléculas de agua en posición ecuatorial tal y como se muestra en la figura.

El ligando O₂CCH₃ corresponde al acetato o AcO⁻, el cual es capaz de coordinarse de diferentes formas que se ven a continuación:

En concreto cuando hace de puente, el enlace Cr-Cr se aproxima. El Cr²⁺ es un metal d⁴ en un entorno octaédrico. Por lo general, todos los d⁴ son paramagnéticos SIEMPRE, pero esta es una excepción, es diamagnético y todos los electrones se encuentran apareados lo cual se explica por su enlace múltiple.

La configuración electrónica por tanto será: σ² π⁴ δ² (antienlazantes vacíos)

Su orden de enlace:

El Cr²⁺ en medio ácido es muy inestable al aire, y se oxida muy fácilmente, por ello es necesaria una atmósfera de nitrógeno.

La idea general del experimento es partir de un halogenuro de Cr³⁺ y después reducirlo a Cr²⁺. Ninguna de las reacciones llevadas a cabo requiere calentamiento.

Síntesis de [Cr₂(μ-O₂CCH₃)₄(H₂O)₂]

Procedimiento

En un matraz de dos bocas, provisto de una llave de nitrógeno, se prepara una disolución de CrCl₃ . 6H₂O (2.45 g) en 10 mL de agua destilada dando como resultado la disolución del cloruro. (Los metales de la primera serie de transición dan el acuocomplejo al ser disueltos).

Se debe añadir el Cinc en polvo (aproximadamente 3 gramos) pero éste no reacciona si no está activado.

Para efectuar dicha activación, se coloca un embudo de adición compensada con 12 mL de HCl concentrado y cerrado por la parte superior con un borboteador con parafina líquida.

En este momento, el aire del recipiente se purga con nitrógeno y se comienza a añadir el ácido clorhídrico muy lentamente hasta que la mezcla adquiera un color azul claro. Durante el transcurso de la reacción se observa un borboteo de un gas H₂ por lo que se debe de trabajar en vitrina.

Éste desprendimiento de hidrógeno ayuda a evacuar el oxígeno y mantiene la atmósfera inerte. Ahora que se tiene el Cr²⁺, sólo se tiene que añadir el acetato. En un Schlenk y bajo atmósfera de nitrógeno (conectado a línea de vacío), se prepara una disolución de 15 g de acetato de sodio trihidrato en 20 mL de agua destilada y desoxigenada.

La disolución azul clara se debe verter en el Schlenk (al que no debe de entrar aire) que contiene la disolución de acetato con una jeringuilla, precipitando con una pequeña agitación el complejo rojo teja dinuclear [Cr₂(μ-O₂CCH₃)₄(H₂O)₂] el cual debe de estar en todo momento protegido del aire.

La reacción global que tiene lugar en este experimento es la siguiente:

Para finalizar se decanta el líquido sobrenadante y se lava con agua fría desoxigenada y destilada para arrastrar las sales solubles. Tras esto, para secar se utiliza isopropanol desoxigenado (tiene un punto de ebullición alto y elimina agua) y después éter dietílico que seca y además, es miscible. Se debe de eliminar después de cada etapa el disolvente por decantación. Finalmente se seca en línea de vacío y se mantiene en atmósfera inerte.

Generalmente, todos los complejos de Cr(III) son verdes y los de Cr(II) azules menos este que es rojo teja y se le considera una excepción.

Para caracterizar este complejo se realizarán medidas de su magnetismo. Para ello antes es necesario barajar las diferentes configuraciones electrónicas que se pueden dar en un metal d₄ (bajo spín o alto spín).

Al representar el diagrama de orbitales moleculares para el enlace M-M vemos cómo los electrones no quedarán desapareados de ninguna forma y el resultado será un compuesto diamagnético con una susceptibilidad magnética baja y negativa.

Las medidas realizadas para determinar su magnetismo fueron las siguientes:

M₀ = 0.8463 (Peso del tubo vacío)

r₀ = – 29 (Medida del tubo vacío)

M = 0.9840 (Peso del tubo lleno)

r = +116 (Medida del tubo lleno)

l = 3 cm (2,5 – 3,5 cm) (Longitud de llenado)

M – M₀ = Cantidad de compuesto añadida

10⁻⁹ = Factor de compresión

Medida del magnetismo

Una vez se sabe que se espera un compuesto diamagnético y se han realizado las medidas pertinentes se procede al cálculo de la susceptibilidad magnética de acuerdo a la siguiente fórmula y teniendo en cuenta que:

Si la diferencia ( r – r₀ ) es negativo se para de calcular, ya que no habría otra posibilidad que no fuera diamagnética.

Este valor de susceptibilidad magnética medido experimentalmente, se sustituye en la fórmula del momento magnético experimental:

Se calcula el momento magnético teórico para alto y bajo espín y se compara con el valor experimental calculado anteriormente. El momento magnético se genera al aplicar un campo magnético β sobre el material.

Finalmente se concluye a la vista de los resultados experimental y teórico si el compuesto sintetizado presenta las mismas propiedades teóricas que se le atribuyen.