Informe de Laboratorio - Precipitacion de Mercurio en agua

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PRÁCTICA DE LABORATORIO: PRECIPITACION DE COMPLEJOS DE MERCURIO (Hg+2) COMO [Hg(en)2]+2 EN EL AGUA
Autor *
*Estudiante Licenciatura en Biología y Química
Resumen
Se obtuvo un precipitado de complejo de [Hg(en)2](NO3)2 a partir de la sal de HgCl2, mediante la aplicación de un método de precipitación selectiva del cation mercurio Hg+2, en medios acuosos al controlar el nivel de pH con HNO3, aplicar un buffer de control del pH al añadir una sal de CH3COONa, y posteriormente añadir de forma directa un agente de quelación sobre la disolución que contenia el ión metálico de etilendiamina (H2NCH2CH2NH2), obteniéndose un precipitado característico de color blanco.
Palabras Clave: Precipitación, Método acuoso, Complejo.
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Introducción
El mercurio se usa en la manofactura de termómetros, barómetros, lámparas de arco de vapor de mercurio, lámparas fluorescentes y de rayos ultravioletas, para purificar las aguas; trompas de mercurio, para hacer el vacío, cátodos en algunos procesos industriales, como en la fabricación del cloro. La mayor cantidad se emplea en la metalurgia del oro y plata y en la obtención del fulminato de mercurio, que es útil en la elaboración de explosivos para usos industriales y militares y se emplea el elemento para preparar un número considerable de productos químicos de gran ocupación en medicina y en el laboratorio. (1)
Muchos iones metálicos reaccionan con especies dadoras de pares de electrones formando compuestos de coordinación o complejos. La especie dadora se conoce como ligando y ha de disponer al menos de un par de electrones sin compartir para la formación del enlace. Los iones metálicos son ácidos de Lewis, especies aceptoras de pares de electrones, y los ligandos son bases de Lewis. (2)
El agua, el amoniaco, el anión cianuro y los aniones haluro son ejemplos de ligandos que se enlazan al ión metálico a través de un solo átomo, por lo que se denominan ligandos monodentados. Los ligandos que se unen al metal a través de dos átomos se llaman ligandos bidentados, como la glicina o la etilendiamina. La mayoría de los metales de transición se enlazan a seis átomos del ligando, cuando un ligando se enlaza al ión metálico a través de seis átomos se denomina ligando multidentado o ligando quelante. También se puede hablar de agentes quelantes tridentados, tetradentados, pentadentados y hexadentado. (2)
Los reactivos que forman complejos se utilizan ampliamente en la cuantificación de cationes de alto valor analitico o bien por importancia ambiental o de seguridad, siendo los más empleados compuestos orgánicos que tienen varios grupos de donadores de electrones capaces de formar enlaces covalentes coordinados con los iones metálicos. La mayoría de los iones metálicos reaccionan con donadores de electrones formando compuestos de coordinación o complejos. La especie donadora (ligando) debe tener por lo menos un par de electrones no compartidos para formar el enlace. El agua, el amoniaco y los iones halogenuros son ligandos inorgánicos comunes. (3)
La metodología que se utilizó en este experimento está basada en un medio de precipitación de complejos de una sal metal-ligando por via acuosa, tratando de entender cada una de las fases implementadas y entendiendo las condiciones que mejor favorezcan la precipitación. (4)
Materiales y Métodos
Se partió de una muestra problema de HgCl2 diluida al 10% en un vaso de precipitado, al cual posteriormente se le añadió HNO3 mediante algun gotero, hasta llevarlo a un pH =2 (medido con papel pH), luego a esta mezcla se le añadio 0.2 g aproximados de la sal de CH3COONa pesados en la balanza, y finalmente se le añadió 1 g de Etilendiamina previamente pesados, el cual fue filtrado sobre medio acuoso obteniéndose un precipitado blanco, el cual fue aislado y separado del medio acuoso por un procedimiento de filtrado en frío utilizandose un papel whatman 41 y un embudo de filtrado. (3)
 
Figura 1. Metodología empleada en la práctica.
Resultados y discusión de resultados
La naturaleza del método ha sido reportada previamente en la bibliografía, y se le conoce como método de precipitación y formación de complejos en rección directa (a pesar de encontrarse en via acuosa). Parte de la solucion muestra que se encuentra en estado acuoso, a una proporción diluida al 10% sobre volumen generando la reaccion [1].
HgCl2 (s) + H2O(l) -------> Hg+2(ac) + 2Cl-(ac)			[1]
Se disuelve en ácido nítrico concentrado en grado estándar hasta llevar el pH=2 y se ha reportado a nivel bibliográfico que esta reacción a nivel concentrado ocurre según la ecuacion [2]
HNO3 (conc) + H2O(l) -------> H+1(ac) + NO3-1(ac)			[2]
La razón de llevar el pH de la solución a un grado ácido (por debajo de 7) obedece a que se ha reportado a nivel bibliografico a la afinidad que tiene el cation Hg+2 lo hace estable en estos medios. (4) 
El catión Hg+2 es incoloro y tiene una gran tendencia a formar compuestos covalentes poco disociados, incluso con aniones inorgánicos, como es el caso del HgCl2 ó del Hg(CN)2 ; estas especies neutras no tienen carácter salino, son compuestos de coordinación muy poco disociados; el Hg(CN )2 deja tan baja concentración de Hg+2 en solución que no reacciona con sus reactivos ordinarios, excepto con el sulfuro. A esta tendencia se debe el hecho de que el Hg (II) entre a formar parte, fácilmente, en numerosas combinaciones orgánicas. Naturalmente, a diferencia del Hg (I), forma numerosos complejos. (4)
En las disoluciones acuosas de sus sales disociadas (en presencia de nitrato, perclorato) el catión se comporta como un catión ácido que se hidroliza fuertemente tal y como se muestra en la ecuación [3], por lo que las citadas disoluciones necesitan acidez libre para estabilizar el catión. Si la acidez disminuye precipitan sales básicas por formación de compuestos insolubles de color amarillo o rojo. (4)
Hg + 2NO3-(l) +4H+(ac) -------> Hg+2(ac) + 2NO2 + 2H2O			[3]
La razón para añadir la sal débil de acetato de sodio CH3COONa en un medio tan ácido y en disolución acuosa es que permite la hidrolisis de la sal, y a la vez, permite que los iones de la sal reaccionen en el medio, tal y como se describe en la ecuación [4] y [5] para formar un buffer que mantenga la estabilidad del pH y mejore la estabilidad del ión. (3)
CH3COONa + H2O(l) -------> Na+1(ac) + CH3COO-1(ac)			[4]
CH3COO-1(ac) +H2O (l) <-------> CH3COOH(ac) + OH-1(ac)			[5]
Cuando la especie disuelta está poco disociada, como ocurre con el HgCl2, por ejemplo, el comportamiento ácido-base se ve modificado por la mayor estabilización del Hg+2; así, el citado cloruro mercúrico no precipita el óxido hasta un pH próximo a 7. (4)
Aunque se generara el nitrato de mercurio puro, esto no seria posible por cuanto esta sal es soluble en el agua, y esta evidencia se nota por el color de la solución que es incolora. Y posteriormente se le añade 1g de etilendiamina. (H2NCH2CH2NH2) pasando a precipitar una sal sólida de color blanco. (4)
Se ha reportado que el Hg (II) forma complejos fácilmente. Existen muchos complejos del Hg (II) en disolución que tienen aplicaciones analíticas, generalmente en fenómenos de ocultación ó como reactivos precipitantes, formando complejos con ligandos dadores de nitrógeno, fósforo y azufre, pero se resiste a formar complejos con los dadores de oxígeno; también genera complejos muy estables con bromo, iodo y cloro como corresponde a un catión blando. La estabilidad de los complejos de mercurio (II) es mayor que la de los otros dos elementos de su grupo, cinc y cadmio, porque además de enlaces σ con hibridaciones adecuadas del metal intervendrán enlaces π por la mayor expansión de los 5d del mercurio, que inyectan carga a los orbitales d vacíos de los ligandos: se creará un sistema resonante que es compatible con la asociación cuántica del subnivel lleno 5d10, reforzando a la vez los enlaces M-L por retrodonación. (2)
La reacción de formación del complejo se estima que sucede a través de la reacción [6]. (2)
Hg+2(ac) + 2H2NCH2CH2NH2 (ac) -------> [Hg(H2NCH2CH2NH2)2]+2 (ac) 	[6]
Se ha reportadoque este complejo es tetraédrico: [Hg (en)2]2+; donde el “en”, es la etilendiamina-ligando quelato, y cada una conecta por dos sitios al mercurio. (2)
Es necesario mencionar que la naturaleza del agente ligante (la etilendiamina) a diferencia del EDTA (acido etilendiamintetraacetato), no es de tipo ácida sino de naturaleza neutra, por cuanto este complejo es catiónico, y se estima que podria precipitar como sal de nitrato, lo cual se debe a la reaccion directa entre la etilendiamina y la sal metálica, y tal como se ha reportado, debió observarse un desprendimiento de calor, tal y como se observa en la reacción entre un ácido fuerte y una base fuerte, y finalmente la formación de un precipitado blanco. (2)
Esto es posible si se recuerda de acuerdo a la definición de Lewis donde el Hg+2 es el ácido y la etilendiamina representa la base para formar la sal del complejo y completa la reacción [6], tal y como se describe en la ecuacion [7]. (2)
[Hg(H2NCH2CH2NH2)2]+2(ac) + 2NO3-1 (ac) -------> [Hg(H2NCH2CH2NH2)2] (NO3)2 (s) (blanco)[7]
Una razón complementaria que explica la razón por la que precipita como sal, es por el volumen total contribuido al efecto estérico. El amplio volumen del catión conjunto con las resonancias y volumen del anión aportan significamente al conjunto de la esfera de coordinacion de la molécula tal y como se pueden apreciar en la fig.2, esto aumenta significativamente la eficiencia del proceso de nucleación, el paso inicial del proceso de precipitación y es primordial para incrementar el tamaño de las partículas que se generan en el seno de la solución (2) (3)
Fig.2.-Estructura del cation complejo [Hg(en)2]+2
Para poder comprobar la identidad del mismo se hubiera recomendado aplicar una prueba de identificación del ión sobre el precipitado obtenido, esta prueba consistía para comprobar si es Hg+2: en un pequeño tubo de ensayo se deposita una gota del precipitado disuelto, se añaden diez gotas de ácido tricloroacético (3M) y tres gotas de ácido oxálico (10%); se extrae con 1 ml de acetato de n-butilo. Sobre una placa de gotas se disponen tres de disolución de ditizona (en cloroformo al 0,002%). Se obtiene una coloración amarilla en presencia de Hg+2. Si aún en pH=4 precipita, NO hay intereferentes en la muestra. Sin embargo como no se aplicó esta prueba (ni ninguna otra de identificación) no se puede descartar a ciencia cierta la presencia de otros iones interferentes. (4)
Conclusiones
1. Se requieren medios ácidos para aislar el cation Hg+2.
2. En ciertos casos es preciso emplear un disolvente no acuoso porque el grupo ligante es insoluble en agua. Frecuentemente es suficiente con disolver el grupo ligante en un disolvente que sea miscible con agua y agregar esta disolución a una disolución concentrada del ión métalico.
3. Los iones impedidos por el solvente pueden precipitar al formar complejos.
4. Los efectos estéricos contribuyen a incrementar la eficiencia de la nucleación para generar precipitados. 
5. No se puede descartar la presencia de interferentes en el método aplicado.
Referencias
1. J, Henao J. Química Mineral. Bogotá-Colombia : Editorial Bedout, 1964.
2. JHONSON, Ronald / BASOLO, Fred. Quimica de los compuestos de coordinación. Barcelona, España : Reverté, 1980. 84-291-7040-5.
3. Campillo, Seva. Equilibrios y volumetrias de complejación. Murcia, España : Universidad de Murcia, 2011.
4. BURRIEL, Marti / CONDE, Lucena/ JIMENO, Arriba. Quimica Analítica Cualitativa. Madrid, España : Paraninfo, 1998.
Diluir HgCl2 al 10%
Adicion HNO3, pH=2
Adicion 0.2g CH3COONa
Adicion 1g EN
Precipitacion del complejo [Hg(en)2](NO3)