Taller Quimica Inorganica Avanzada UdeA


Taller
Química Inorgánica Avanzada
Condensación de cationes en solución acuosa

Para los iones Mg2+, Ca2+ y Zn2+, y utilizando algunos de los conceptos viso en clase e información disponible en la literatura:

1. Presente una breve discusión sobre el comportamiento ácido-base de estos iones en solución.

2. Analice las posibilidades de reacciones de condensación de estos iones ensolución acuosa.

3. Consulte sobre sobre la existencia de sólidos del tipo hidróxidos, oxohidróxidos, u óxidos de estos iones, y comente sobre las posibles especies precursoras de alguna de estas fases condensadas.

4. Responda a las siguientes preguntas teniendo en cuenta los resultados y discusión reportados en Chemical Engineering Journal 225 (2013) 616–624.

(a) Comente sobre las ventajas odesventajas del método de síntesis propuesto por los autores para obtener óxidos mixtos de Mg2+, Ca2+ y Zn2+.
(b) Los autores encontraron que algunas variables de síntesis fueron determinantes en la naturaleza y propiedades de los óxidos mixtos obtenidos. Comente al respecto.
(c) Podría proponer usted un método de síntesis alternativo. Usted puede fundamentar su propuesta utilizandoinformación disponible en la literatura.

5. Considerando la hidrólisis del Al3+ en solución acuosa, comente si los índices de reactividad en el marco de la teoría de funcionales de la densidad (ver diapositivas de la Profesora Doris) son consistentes con lo predicho por el modelo de cargas parciales discutido en la clase.






SOLUCION
1.
Cuando un catión metálico se disuelve en solución ocurrenreacciones definidas entre el ion metálico y las moléculas del solvente, agua. Debido a que el átomo de O es más electronegativo que él, cada enlace H-O es un enlace covalente polar en el cual los electrones del enlace están más cercanos al átomo de oxigeno que al hidrogeno dando origen a la aparición de una carga parcial negativa en el oxígeno y una positiva en los hidrógenos. Ya que las cargasopuestas se atraen, el catión metálico es rodeado por moléculas de aguas con los oxígenos dirigidos hacia el ion, este tipo de interacción es conocida como ion-dipolo.

Si la atracción del catión metálico por la carga negativa en el oxígeno es suficiente mente fuerte, la molécula de agua en sí misma es afectada. Los pares no compartidos de la molécula de agua son tan acercados al catiónmetálico que los electrones en el enlace H-O se desplazan más hacia el oxígeno para compensar su pérdida de densidad electrónica. Eventualmente el hidrogeno sale como H+ el cual se une a una molécula de agua para formar el ion hidronio, de esta manera se forma el grupo hidroxilo unido al centro metálico responsable de la química de condensación de estos iones en solución. Este proceso es conocido así comola hidrolisis del catión metálico.

Existen dos parámetros que determinan la capacidad de hidrolisis de un centro metálico y son: su carga y su tamaño iónico. En términos generales, los cationes más polarizantes son más pequeños y con mayor carga, por lo que es más conveniente analizar la relación carga/tamaño que cada uno independientemente. Así, por ejemplo, el catión Fe3+ es más ácido que elcatión Fe2+.
Ahora bien, para los iones Mg2+, Ca2+ y Zn2+ tenemos que al tener la misma carga eléctrica lo que determinaría la acidez del catión seria el tamaño quedando de la siguiente manera Mg2+ >Zn2+ >Ca2+ sin embargo existe otro parámetro que es de mucha importancia y es la electronegatividad, de esta manera a pesar el Mg2+ sea más pequeño que Zn2+ es el Zn2+ el más acido en esta seriedebido a que su alta electronegatividad atrae más a la nube electrónica del oxígeno debilitando mucho más el enlace O-H.
La tabla que se muestra a continuación puede servir de explicación a lo anteriormente formulado. En dicha tabla se presenta una relación entre la constante de hidrólisis y la relación carga/tamaño. Como se puede observar, el Ca2+ presenta un pKh mayor que el del Mg2+, lo que...