República Bolivariana De Venezuela Universidad Central De Venezuela Facultad De Ciencias Instituto de Ciencias de la Tierra Laboratorio de Química Inorgánica General
Profesor: David Parales
PROYECTO DE LABORATÓRIO
Obtención y Modificaciones Alotrópicas del Azufre
Elaborado por: Fernanda Casanova
Vanessa Concepción
Angélica Fernández
José De Los Ríos
Caracas, 2014
Proyecto QIG - 2014
UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS Escuela de Química Instituto de Ciencias de la Tierra
Departamento de Geoquímica LAB. QUIMICA INORGÁNICA GENERAL PROYECTO
Práctica #5: Obtención y Modificaciones Alotrópicas del Azufre
Objetivo General: Familiarizar al estudiante con la química de los elementos del grupo VIA de la tabla periódica (Específicamente el Azufre) a través de reacciones sencillas en el laboratorio, modificando alotrópicamente el azufre y reconociendo sus principales propiedades físicas y químicas.
Objetivos Específicos: 1. Reforzar conocimientos relacionados con la alotropía y su aplicabilidad. 2. Sintetizar Azufre Plástico, Azufre Monoclínico, Azufre Coloidal y Azufre líquido (Formas alotrópicas) en el laboratorio siguiendo reacciones simples, Modificar el Azufre por acción de la Temperatura. 3. Reconocer las formas alotrópicas del Azufre a partir de sus propiedades físicas y químicas.
Marco Teórico El azufre es un elemento del grupo VIA, es menos electronegativo que los halógenos. El oxígeno y el azufre son evidentemente no metálicos. Las irregularidades en las propiedades de los elementos dentro de una familia dada aumentan hacia la parte intermedia de la tabla periódica. Se observan mayores diferencias en las propiedades de los elementos del grupo VIA que en las propiedades de los halógenos. La configuración electrónica externa de los elementos del grupo VIA es αs2βp4 (siendo α y β números naturales). Todos pueden ganar o compartir electrones al formar compuestos. Todos forman compuestos covalentes del tipo H2E, en el cual todos los elementos del grupo (E) tienen número de oxidación -2. El símbolo químico del Azufre es “S” es un elemento insípido, indoloro, de color amarillo pálido. Su número atómico es 16 y su masa atómica 32,066. También llamado piedra inflamable, el azufre se conoce desde tiempos prehistóricos y ya aparecía en la Biblia y en otros escritos antiguos. Debido a su inflamabilidad, los alquimistas lo consideraron como un elemento esencial de la combustión. Cuando el azufre ordinario se funde, forma un líquido de color pajizo que se oscurece si se calienta más, alcanzando finalmente su punto de ebullición. Si el azufre fundido se enfría lentamente, sus propiedades físicas varían en función de la temperatura, la presión y el método de enfriamiento. Existen Diferentes formas de azufre, y se denominan Formas Alotrópicas del azufre, la Alotropía es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes. Esta misma propiedad hace que el azufre tenga un amplio campo 2
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de aplicación. Se utilizan en la vulcanización del caucho, en atomizadores con azufre para combatir parásitos de las plantas, en la manufactura de fertilizantes artificiales y en ciertos tipos de cementos y aislantes eléctricos, en algunos ungüentos y medicinas y en la manufactura de pólvora y fósforos. Los compuestos de azufre se emplean en la manufactura de productos químicos, textiles, jabones, fertilizantes, pieles, plásticos, refrigerantes, agentes blanqueadores, drogas, tintes, pinturas, papel y otros productos. Las formas Alotrópicas del Azufre son las siguientes: Azufre rómbico: Es conocido de la misma manera como azufre alfa. Se halla de la transformación estable del elemento químico por debajo de los 95.5ºC (204ºF, el punto de transición), y la mayor parte de las otras formas se revierten a esta modificación si se las deja permanecer por debajo de esta temperatura. El azufre rómbico posee un color amarillo limón, insoluble en agua, levemente soluble en alcohol etílico, éter dietílico y benceno, y es muy soluble en disulfuro de carbono. Posee una densidad de 2.07 g/cm3 (1.19 oz/in3), una dureza de 2.5 en la escala de Mohs y la fórmula molecular presenta es S8. Azufre monoclínico: También es llamado azufre prismático o azufre beta. Viene siendo la modificación estable del elemento por encima de la temperatura de transición mientras que se encuentra por debajo del punto de fusión.
Imagen #1: Azufre Monoclínico
Azufre coloidal: Se cristaliza en prismas en forma de agujas que son casi incoloras. Posee una densidad de 1.96 g/cm3 (1.13 oz/in3), un punto de fusión de 119.0ºC (246.7ºF) y la fórmula molecular que ostenta es S8. Azufre plástico: Denominado también azufre gamma. Se produce cuando el azufre fundido en el punto de ebullición normal o cerca de él, es enfriado al estado sólido. Esta forma es amorfa y es sólo parcialmente soluble en disulfuro de carbono. Azufre líquido: Posee la propiedad notable de aumentar su viscosidad si sube la temperatura. Su color cambia a negro rojizo oscuro cuando su viscosidad aumenta, y el oscurecimiento del color y la viscosidad logran su máximo a 200ºC (392ºF). Por encima de esta temperatura, el color se aclara y la viscosidad disminuye. Imagen #2: Azufre Plástico
En el punto normal de ebullición del elemento químico (444.60ºC u 832.28ºF) el Azufre gaseoso presenta un color amarillo naranja. Cuando la temperatura aumenta, el color se torna rojo profundo y después se aclara, aproximadamente a 650ºC (202ºF), y adquiere un color amarillo paja.
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Imagen #3: Azufre Coloidal.
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Materiales Y Reactivos Materiales 1 Probeta 1 Termómetro 5 Tubos De Ensayo 1 Mechero y Trípode 1 Capsula de Porcelana (Crisol) 2 Papeles de Filtro 1 Vaso de Precipitado y Capsula de Vidrio 1 Agitador de vidrio y Pinza 1 Gradilla y 1 Vidrio De Reloj
Reactivos
Azufre Sólido Agua Destilada Tíosulfato de Sodio Ácido Clorhídrico Disulfuro de Carbono Azufre Alfa o Beta Éter
Papel de Filtro
Imagen #4: Materiales De Laboratorio a Utilizar
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AZUFRE Flor de azufre S Masa atómica: 32.1 TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS Sensación de
INHALACION
PIEL
PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS
PREVENCION
Extracción localizada Aire limpio, reposo, posición de
quemazón, tos, dolor o protección
semiincorporado y proporcionar
de garganta.
respiratoria.
asistencia médica.
Enrojecimiento.
Guantes protectores.
Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua abundante o ducharse.
Enjuagar con agua abundante durante OJOS
Enrojecimiento,
Gafas ajustadas de
varios minutos (quitar las lentes de
dolor, visión borrosa. seguridad.
contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.
No comer, ni beber, INGESTION
Sensación de quemazón, diarrea.
Enjuagar la boca y proporcionar ni fumar durante el
asistencia médica.
trabajo.
Punto de ebullición: 445°C
Punto de inflamación: 207°C
PROPIEDADES Punto de fusión: 113-120°C FISICAS
Temperatura de autoignición: 232°C
Densidad relativa (agua = 1): 2.1
Límites de explosividad, % en volumen
Solubilidad en agua: Ninguna
en el aire: 35-1400 g/m3
Grupo Prevenir Consulting S.A (Todos los derechos reservados). Ficha Internacional de Seguridad Química “S” [En Línea] Actualizada: 01 Enero 2011. [Consultada: 18-02-2014] Disponible en http://goo.gl/FEOdta
Tabla Toxicológica #1: Azufre.
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Tiosulfato de Sodio Na2O3S2 Masa molecular: 158,1 TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS
PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS
PREVENCION
Aire limpio, reposo, posición de INHALACION
Sensación de quemazón
Extracción localizada semiincorporado y proporcionar asistencia médica.
PIEL
Quitar las ropas contaminadas, aclarar la Enrojecimiento.
Guantes protectores. piel con agua abundante o ducharse.
Enjuagar con agua abundante durante OJOS
Enrojecimiento.
Gafas ajustadas de
varios minutos (quitar las lentes de
seguridad.
contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.
No comer, ni beber, ni INGESTION
Enjuagar la boca y proporcionar Diarrea.
fumar durante el
asistencia médica.
trabajo.
PROPIEDADES
Se descompone por debajo del punto de ebullición a 300°C
Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 20,9
Punto de fusión: 48,5°C
Presión de vapor, Pa a 20°C: despreciable
FISICAS
Densidad: 1,7 g/cm
Grupo Prevenir Consulting S.A (Todos los derechos reservados). Ficha Internacional de Seguridad Química “Na 2O3S2” [En Línea] Actualizada: 01 Enero 2011. [Consultada: 18-02-2014] Disponible en http://goo.gl/FEOdta
Tabla Toxicológica #2: Tiosulfato de Sodio.
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CLORURO DE HIDROGENO Ácido clorhídrico, anhidro Cloruro de hidrógeno, anhidro HCl Masa molecular: 36.5 TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS
PREVENCION
PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS
Corrosivo. Sensación de Aire limpio, reposo, posición de quemazón, tos, dificultad
Ventilación, extracción
respiratoria, jadeo, dolor de
localizada o protección
garganta. (Síntomas no
respiratoria.
semiincorporado, respiración
INHALACION
artificial si estuviera indicada y proporcionar asistencia médica. inmediatos: véanse Notas).
Quitar las ropas contaminadas, PIEL
Corrosivo. Quemaduras
Guantes protectores y traje
aclarar la piel con agua abundante o
cutáneas graves, dolor.
de protección.
ducharse y proporcionar asistencia médica.
Enjuagar con agua abundante Gafas ajustadas de seguridad, Corrosivo. Dolor, visión OJOS
durante varios minutos (quitar las pantalla facial o protección
borrosa, quemaduras
lentes de contacto si puede hacerse ocular combinada con la
profundas graves.
con facilidad) y proporcionar protección respiratoria. asistencia médica.
Solubilidad en agua: Elevada Punto de ebullición a 101.3 kPa: -85°C Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.3
PROPIEDADES Punto de fusión: -114°C
Coeficiente de reparto octanol/agua como log
FISICAS Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 72
Pow: 0.25 Grupo Prevenir Consulting S.A (Todos los derechos reservados). Ficha Internacional de Seguridad Química “HCl” [En Línea] Actualizada: 01 Enero 2011. [Consultada: 18-02-2014] Disponible en http://goo.gl/FEOdta
Tabla Toxicológica #3: Ácido Clorhídrico.
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DISULFURO DE CARBONO CS2 Masa molecular: 76.1 TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS
PREVENCION
PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS
Corrosivo. Sensación de Aire limpio, reposo, posición de quemazón, tos, dificultad
Ventilación, extracción
respiratoria, jadeo, dolor de
localizada o protección
garganta. (Síntomas no
respiratoria.
semiincorporado, respiración
INHALACION
artificial si estuviera indicada y proporcionar asistencia médica. inmediatos: véanse Notas).
Quitar las ropas contaminadas, PIEL
Corrosivo. Quemaduras cutáneas Guantes protectores y
aclarar la piel con agua abundante o
graves, dolor.
ducharse y proporcionar asistencia
traje de protección.
médica.
Enjuagar con agua abundante OJOS
Gafas ajustadas de Corrosivo. Dolor, visión borrosa.
durante varios minutos (quitar las seguridad lentes de contacto)
Punto de ebullición: 46.3°C Punto de fusión: -110.8°C PROPIEDADES FISICAS
Densidad relativa de vapor (aire = 1): Densidad relativa (agua = 1): 1.26
2.63
Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 0.2 Presión de vapor, kPa a 25°C: 48
Grupo Prevenir Consulting S.A (Todos los derechos reservados). Ficha Internacional de Seguridad Química “CS 2” [En Línea] Actualizada: 01 Enero 2011. [Consultada: 18-02-2014] Disponible en http://goo.gl/FEOdta
Tabla Toxicológica #4: Disulfuro de Carbono.
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DIETILETER Eter dietílico Eter etílico C4H10O Masa molecular: 74.1 TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION
PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS
PREVENCION
PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS Aire limpio, reposo,
Dolor de cabeza, INHALACION
Ventilación, extracción
respiración artificial si
localizada o protección
estuviera indicada y
respiratoria.
proporcionar asistencia
somnolencia, vómitos, narcosis, pérdida del conocimiento.
médica.
Quitar las ropas PIEL
Piel seca.
contaminadas, aclarar la piel
Guantes protectores.
con agua abundante o ducharse.
Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar OJOS
Gafas ajustadas de
las lentes de contacto si puede
seguridad.
hacerse con facilidad) y
Enrojecimiento, dolor.
proporcionar asistencia médica.
Punto de ebullición: 35°C
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a
PROPIEDADES Punto de fusión: -116°C FISICAS
20°C (aire = 1): 1.9
Densidad relativa (agua = 1): 0.7
Punto de inflamación: -45°C
Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 6.9 Grupo Prevenir Consulting S.A (Todos los derechos reservados). Ficha Internacional de Seguridad Química “C 4H10O” [En Línea] Actualizada: 01 Enero 2011. [Consultada: 18-02-2014] Disponible en http://goo.gl/FEOdta
Tabla Toxicológica #5: Dietil Éter
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Parte Experimental Parte 1: Modificación Alotrópicas del Azufre por acción de la Temperatura. Llenar un tubo de ensayo (PYREX) con Azufre Sólido hasta un tercio del volumen Calentar suavemente el tubo de ensayo con el mechero y haciendo uso de la pinza de madera, moviendo constantemente hasta que el azufre se funda (aprox 120°C – 160°C) Incline el tubo de ensayo: El color amarillo - ámbar es poco viscoso, fluye y se derrama con facilidad… ¿A qué se alotropo de Azufre Corresponde? Siga calentando y observe el cambio de color y aumento de viscosidad, cerca de los 200°C, el líquido no cae si se coloca el tubo boca abajo ¿A qué se debe ese comportamiento? Siga calentando hasta que llegue a temperatura de Ebullición, Anote los cambios observados al llegar a este punto.
Parte 2: Obtención de Azufre Plástico. Vacíe el azufre hirviendo a chorro fino en una capsula con agua fría. Después de 2 a 3 minutos, saque el azufre de la capsula. ¿Qué Características Físicas presenta el azufre Volcado en el agua?
Parte 3: Obtención de Azufre Monoclínico. Tome un papel de Filtro, doble como para filtrar y colóquelo dentro de un vaso de precipitados. Funda el azufre en un tubo de ensayo, a llama débil, cuidando que no se oscurezca por un rápido calentamiento. Vierta el azufre líquido en un papel de filtro y cuando se cubre con una costra cristalina vierta el líquido central en un vaso con agua, abra rápidamente el papel de filtro. Observe los cristales formados y descríbalos. Al poco rato vuelva a observar los cristales. ¿Qué sucede con ellos?
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Parte 4: Obtención de Azufre Coloidal. En un tubo de ensayo trate 5 ml de solución 0,2 M de tiosulfato de sodio con 5 ml de HCL 0,1 N, Agite. Anote sus observaciones. ¿A qué se debe la opalencia de la solución resultante?
Metodología Experimental
∆ S(s)
S(l)
PARTE 1:
Aprox (120 – 160) °C
El color amarillo ámbar es poco viscoso, fluye y se derrama con facilidad…
Ebullición.
Muy viscoso, No cae del tubo de ensayo.
200°C Anote Cambios
Esquema #1
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PARTE 2:
Retirar el azufre y observar sus características.
Chorro Fino
REPOSO
Agua Fría
S(l)
Enfriamiento
S(s)
Esquema #2
PARTE 3: S(l)
Enfriamiento
S(s)
Llama débil Calentamiento lento
Cuando el azufre en el papel de filtro se recubra con una costra, sacarlo y verter el líquido que queda en el centro en agua fría. CON MUCHO CUIDADO.
Abrir rápidamente el papel de filtro y observar las características de los cristales. Esquema #3
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PARTE 4:
5 ml TĂosulfato de sodio + 5 ml HCl
Na2S2O3 (ac) + 2 HCl (ac)
Observe y anote lo ocurrido
H2O (l) + SO2 (g) + S(g) + 2 NaCl(s)
Esquema #4
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Referencias Bibliográficas Cotton, Wilkilsom 2006. Química Inorgánica Básica, Editorial Limusa S.A de CV. Págs 237 – 239. Shriver & Atkins 2007. Química Inorgánica. Editorial MC. 4ta Edicion. Págs 415 – 420. Brown Theodore L. 2004. Química la Ciencia Central. Editorial Pearson. Pág 504 Y. Bruce Paula. 2004. Introducción a la Química Inorgánica. Editorial Pearson. Págs 312 – 318. Martinez Manuel, Garban Gronni. Modificaciones por David Parales (2014) Guía de Laboratorio de Química inorgánica General. Pág 29. Grupo Prevenir Consulting S.A (Todos los derechos reservados). Índice de Fichas Internacionales de Seguridad Química [En Línea] Actualizada: 01 Enero 2011. [Consultada: 18-02-2014] Disponible en http://goo.gl/RWK7qr
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