Silico sintesis organica

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PREPARACIÓN DEL SILICIO ELEMENTAL POR ALUMINOTERMIA.








Introducción.





Cuando se plantea esta práctica hay que tener en cuenta que el silicio no se encuentra libre en la naturaleza y que su combinación más sencilla y abundante es el Si02, es decir, la sílice o, simplemente, la arena blanca.

Si partimos del SiO2 para la obtenci6n del Si, tendremos que sustraerle eloxígeno a la sílice. La entalpía de formación del SiO2 e partir de sus elementos constitutivos (Si y O2) es bastante elevada (-910,9 kJ/mol), lo que quiere decir que va a ser muy difícil separar el oxigeno del SiO2 para transformarlo en Si. Habrá que buscar, para ello, alguna substancia que tenga mayor avidez por el oxígeno que el propio silicio.

La entalpía de formaci6n del Al2O3 a partir de suselementos (Al y O2) es igual a -1.675,5 kJ/mol, valor que es mucho mayor que el correspondiente al SiC2 anteriormente citado.

Todo esto quiere decir que si ponemos en un sistema Al, Si y oxigeno, el Al presentará más avidez por el oxigeno para formar Al2O3 que el Si para formar SiO2. La formación del Al2O3 a partir de Al y O2 es más exotérmica (+1.675,5 kJ/mol) que la del SiO2 a partir de Si y O2(910,9 kJ/mol), como se indicó anteriormente.

La aluminotermia está basada, por tanto, en el hecho de que que el Al tiene una gran avidez para combinarse con el oxigeno (elevada entalpía de formación del Al2O3 a partir de sus elementos), pudiendo sustraérselo no sólo al SiO2, sino también a diversos óxidos metálicos, tales como MnO2, Cr2O3, etc. Por todo ello la aluminotermia puede ser unmétodo para la obtención de diversos elementos (metálicos o no metálicos) a partir de sus óxidos.

La reacci6n que nosotros queremos provocar para la obtención del Si es la siguiente:
4 Al + 3 SiO2 → 2 Al2O3 + 3 Si ΔH= 2 ΔH (Al2O3) - 3 ΔH (SiO2)
Esta reacci6n, aunque es exotérmica por las razones ya expuestas, no se produce a la temperatura ambiente, por razones obvias. Habremos de operar en unsistema en el que se eleve la temperatura lo suficiente pare que se pueda iniciar la reacción. Además, los productos sólidos re accionantes han de estar muy pulverizados y mezclados íntimamente para facilitar la reacción. Una vez iniciada ésta, el calor que me desprende permite su continuación hasta el final.
En el caso concreto que nos ocupa vamos a tener en cuenta que también el azufre se combinacon gran avidez con el Al, formándose Al2O3. La reacción, que también es muy exotérmica, es la siguiente:
2 Al + 3 S → Al2S3 ΔH= -527 kJ/mol
El calor desprendido en esta reacción puede ayudar a aumentar la temperatura del sistema (Al + SiO2), facilitando así la obtención del Si. Por ello, se añadirá azufre pulverizado al sistema.



Método experimental.

Se toman 45 gramos de arena bienseca y finamente pulverizada y se mezclan íntimamente con unos 50 gramos de polvo de aluminio y 60 gramos de azufre en polvo. Esta mezcla se coloca en el crisol refractario, dejando una hendidura en el centro del mismo. En esta depresión se coloca una cinta de magnesio, recién pulimentada con lija, que deberá sobresalir del crisol, sin tocar su borde, formando un arco hacia el exterior.

En lahendidura y alrededor de la cinta de magnesio, se coloca una mezcla preparada previamente agitando en un frasco 4 gramos de magnesio finamente pulverizado, junto con 3 gramos de BaO2 anhidro. Esta mezcla sirve de encendido para que las reacciones se inicien.

Se coloca el crisol en un baño de arena seca y se lleva todo a una vitrina adecuada o, mejor, a un patio o lugar abierto.

Se enciendeentonces la cinta de magnesio con una cerilla, alejándose enseguida:

Mg + 1/2 O2 → MgO ΔH= -601,7 kJ/mol

Precaución:


• La intensidad de la luz producida puede producir molestias visuales.



• No deja de ser una combustión, con temperaturas altas y se deben tomar las precauciones habituales.


Comenzarán a producirse las reacciones exotérmicas que provocan una lluvia de chispas...
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