Laboratorio de Química Inorgánica Nitrógeno

AZUFRE Y SUS REACCIONES QUIMICAS

I) OBJETIVOS

Reconocer las propiedades alotrópicas del azufre

Reconocer las propiedades químicas del azufre

Diferenciar al ion sulfito del ion sulfato

Reconocer las propiedades químicas del tiocianato de sodio

II) FUNDAMENTO TEORICO

I. AZUFRE

El azufre en su estado natural es un sólido de color amarillo pálido, inodoro e insípido, que en un tiempo se daba a los niños creyendo que era bueno para su salud. Los compuestos del azufre, que se encuentran en los huevos y en los productos lácteos, son un componente esencial de la dieta. Sin embargo, el sulfuro de hidrógeno (H2S), un compuesto químicamente semejante al agua (H2O) y que huele a huevos podridos, es bastante venenoso. El azufre arde con una llama azul pálida (como se observa en la fotografía), produciendo dióxido de azufre (SO2), que al seguir oxidándose y combinarse con la humedad atmosférica, se convierte en uno de los componentes principales de la lluvia ácida.

a. PROPIEDADES

Todas las formas de azufre son insolubles en agua, y las formas cristalinas son solubles en disulfuro de carbono. 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 relación a la temperatura, presión y el método de enfriamiento. El azufre puede presentarse en varias formas alotrópicas, que incluyen los líquidos S y S, y diversas variedades sólidas, cuyas formas más familiares son el azufre rómbico y el azufre monoclínico La más estable es el azufre rómbico, un sólido cristalino de color amarillo con una densidad de 2,06 g/cm3 a 20 °C. Es ligeramente soluble en alcohol y éter, moderadamente soluble en aceites y muy soluble en disulfuro de carbono. A temperaturas entre 94,5 °C y 120 °C esta forma rómbica se transforma en azufre monoclínico, que presenta una estructura alargada, transparente, en forma de agujas con una densidad de 1,96 g/cm3 a 20 °C.

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La temperatura a la que el azufre rómbico y el monoclínico se encuentran en equilibrio, 94,5 °C, se conoce como temperatura de transición. Cuando el azufre rómbico ordinario se funde a 115,21 °C, forma el líquido amarillo pálido S?, que se vuelve oscuro y viscoso a 160 °C, formando S2. Si se calienta el azufre hasta casi alcanzar su punto de ebullición de 444,6 °C y después se vierte rápidamente en agua fría, no le da tiempo a cristalizar en el estado rómbico o monoclínico, sino que forma una sustancia transparente, pegajosa y elástica conocida como azufre amorfo o plástico, compuesta en su mayor parte por S2

sobreenfriado.

El azufre tiene valencias dos, cuatro y seis, como presenta en los compuestos sulfuro de hierro (FeS), dióxido de azufre (SO2) y sulfato de bario (BaSO4), respectivamente. Se combina con hidrógeno y con elementos metálicos por calentamiento, formando sulfuros. El sulfuro más común es el sulfuro de hidrógeno, H2S, un gas venenoso e incoloro, con olor a huevo podrido. El azufre también se combina con el cloro en diversas proporciones para formar monocloruro de azufre, S2Cl2, y dicloruro de azufre, SCl2. Al arder en presencia de aire, se combina con oxígeno y forma dióxido de azufre, SO2, un gas pesado e incoloro, con un característico olor sofocante. Con aire húmedo se oxida lentamente a ácido sulfúrico, y es un componente básico de otros ácidos, como el ácido tiosulfúrico, H2S2O3, y el ácido sulfuroso, H2SO3. Este último tiene dos hidrógenos reemplazables y forma dos clases de sales: sulfitos y sulfitos ácidos. En una disolución, los sulfitos ácidos o bisulfitos de los metales alcalinos, como el bisulfito de sodio, NaHSO3, actúan como ácidos. Las disoluciones de sulfitos comunes, como sulfito de sodio, Na2SO3, y sulfito de potasio, K2SO3, son ligeramente alcalinas.

El dióxido de azufre se libera a la atmósfera en la combustión de combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, siendo uno de los contaminantes más problemáticos del aire. La concentración de dióxido de azufre en el aire puede alcanzar desde 0,01 a varias partes por millón, y puede afectar al deterioro de edificios y monumentos. También es la causa de la lluvia ácida, así como de molestias y problemas para la salud del ser humano.

b. ESTADOS ALOTRÓPICOS DEL AZUFRE

AZUFRE MONOCLÍNICO

Llamado también azufre prismático y azufre beta, es la modificación estable del elemento por encima de la temperatura de transición y por debajo del punto de fusión A temperaturas entre 94,5 °C y 120 °C esta forma rómbica se transforma en que presenta una estructura alargada, transparente, en forma de agujas con una densidad de 1,96 g/cm3 a 20 °C. La temperatura a la que el azufre rómbico y monoclínico se encuentran en equilibrio, 94,5 °C, se conoce como temperatura de transición. Cuando el azufre rómbico ordinario se funde a 115,21 °C, forma el líquido móvil amarillo

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pálido SL, que se vuelve oscuro y viscoso a 160 °C formando Sµ. Si se calienta el azufre hasta casi alcanzar su punto de ebullición de 444,6 °C y después se vierte rápidamente en agua fría, no le da tiempo a cristalizar en el estado rómbico o monoclínico, sino que forma una sustancia transparente, pegajosa y elástica conocida como azufre amorfo o plástico, compuesta en su mayor parte por Sµ sobre enfriado.

Los alótropos del azufre (diferentes formas cristalinas) han sido estudiados ampliamente, pero hasta ahora las diversas modificaciones en las cuales existen para cada estado (gas, líquido y sólido) del azufre elemental no se han dilucidado por completo.

AZUFRE RÓMBICO

Llamado también azufre y azufre alfa, es la modificación estable del elemento 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 es de color amarillo limón, insoluble en agua, ligeramente soluble en alcohol etílico, éter dietílico y benceno, y es muy soluble en disulfuro de carbono. Su densidad es 2.07 g/cm3 (1.19 oz. /in3) y su dureza es de 2.5 en la escala de Mohs. Su fórmula molecular es S8

c. OTROS ESTADOS DEL AZUFRE

El azufre fundido

Se cristaliza en prismas en forma de agujas que son casi incoloras. Tiene una densidad de 1.96 g/cm3 (1.13 oz. /in3) y un punto de fusión de 119.0ºC (246.7ºF). Su fórmula molecular también es S8.

El 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

No se sabe que ocurre cuando se funde el S8, aunque es indudable que depende mucho del nivel de impurezas. Posee la propiedad notable de aumentar su viscosidad si sube la temperatura.

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Al fundirse el S8, primero se genera un líquido móvil, transparente y de color amarillo, que cambia a café, aumentando cada vez más su viscosidad alrededor de 160°. La viscosidad llega a su máximo aproximadamente a los 200°, a partir de allí disminuye hasta su punto de ebullición, 444.60°, el azufre vuelve a ser un liquido rojo oscuro, muy móvil

En le punto normal de ebullición del elemento (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 650º (202ºF), y adquiere un color amarillo paja. Por encima de esta temperatura, el color se aclara y la viscosidad disminuye.

Vapor de azufre

El vapor de azufre contiene, además del S8, S3, S4, S5, S7 y probablemente otras especies Sn en un equilibrio que depende de la temperatura. A altas temperaturas predominan las moléculas de S2; por encima de los 2200° y a presiones por debajo de 10 -7, predominan los átomos de azufre. La especie S2 se puede enfriar rápidamente en nitrógeno liquido para dar un sólido de intenso color, inestable por encima de -80° y que contiene moléculas de S2. Estas moléculas tienen dos electrones no apareados

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III.-MATERIALES

Tubos de ensayo

Matraz

Vaso precipitado

Vagueta

Mechero de bunsen

Gradilla

REACTIVOS

Tiosulfato de potasio

Acido clorhídrico

Azufre solido

Ioduro de potasio

Acido sulfúrico

Azufre

NaSO4 (S)

Azufre ortorrómbico Paso N°2

Paso N°3Azufre plástico

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IV.- PARTE EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO N° 1: Azufre plástico

PASOS:1.- En un tubo de ensayo agregamos azufre ortorrómbico (color amarillo)

2.- luego lo calentamos en la llama del mechero hasta que se funda (liquido rojo), emite un

olor fétido.

3.-el azufre fundido se vierte en un vaso precipitado que contiene agua fría.

4.-se observa que se solidifica transformándose en una masa de color pardo oscuro, de

naturaleza plástica.

Azufre ortorrómbico

Azufre monoclínico

Paso Paso

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EXPERIMENTO N° 2: Azufre monoclínico:

PASOS:

1.-Calentamos en un tubo de ensayo azufre ortorrómbico pero con la diferencia que no

debemos dejar que oscurezca (a una temperatura aproximada de 95°C)

2.-Luego lo echamos sobre un papel filtro y dejamos enfriar lentamente.

3.-Se presenta el azufre monoclínico por su forma de largas agujas prismáticas de color

amarillo oscuro, pero no es estable.

ortorrómbico

Na2S2O2 + HCl Azufre

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EXPERIMENTO N°3: Azufre coloidal:

PASOS:

1.- En un tubo de ensayo colocamos Na2S2O3 tiosulfato de sodio y le agregamos HCl

diluido y observamos que la muestra se torna de color lechosa amarillenta.

El color lechoso se debe al azufre, obteniendo así el azufre coloidal.

Na2S2O3 + 2HCl H2S2O3 +2NaClH2S2O3 S + H2SO3

Na2S2O3 + 2HCl SO2 + H2O + S + 2NaCl

EXPERIMENTO N°4: propiedades reductoras del azufre:

PASOS:

1.-Se introduce en un tubo de ensayo HNO 3 concentrado Y azufre en polvo.

2.- se calienta hasta llegar a la temperatura de ebullición, se observa el desprendimiento de

un gas pardo rojizo que es el dióxido de nitrógeno que se forma producto de la reacción,

3.-la solución se decanta en otro tubo de ensayo.

Al agregarle HCL no se disuelve.

Paso Paso

Paso N°1 Paso N°2 PasoN°3

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4.- se le agrega cloruro de bario, formándose un precipitado blanco lechoso comprobando

que la solución se trataba de acido sulfúrico ya que el precipitado era sulfato de bario.

Paso N°1 Paso N°2

Al agregar H2S(ac) la

solución de decolora

Solución de yodo

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EXPERIMENTO N°5: el ion sulfuro como agente reductor:

PASOS:

1.-Echar en un tubo de ensayo una solución de yodo KI3(ac) ( amarillo claro)

I2+KI(ac.) KI3

2.-Luego agregamos H2S(ac) .El sulfuro decolora a la solución, pues actúa como sustancia

reductora de I° a I-1 y el azufre se oxida de -2 a azufre libre.

Reacción química:

I 2+H 2 S→2 HI+S↑

AgregamosNa2 S2 O3

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EXPERIMENTO N°6: Propiedades reductoras delNa2 S2 O3:PASOS:

1.-En un tubo de prueba colocar solución de yodo (I2), adicionar almidón, se torna de color azul.2.-Adicionamos Na2 S2 O3, observando una decoloración total de la solución.

Reacción química:

I 2+Na2 S2O 4+almidon→ Na2 S4 O6+KI

EXPERIMENTO N°7: Diferencia de los iones sulfito y sulfato:

PASOS:

1.- en dos tubos de prueba agregar a uno Na2 so3 (sulfito de sodio) y al otroNa2 so4(sulfato

de sodio) luego agregarle a cada tubo cloruro de bario (BaCl2).

2.-observamos que se forman sulfito de bario mas cloruro de sodio y en el otro sulfato de

bario más cloruro de sodio, en los dos tubos se observa precipitado color blanco en uno

con más intensidad que en el otro

Paso N°1

Paso N°3

Sulfato de barioSulfito de bario

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3.-al añadirle a cada tubo acido clorhídrico (HCl) se observa que el sulfito de bario es mas

soluble que el sulfato de bario.

Reacciones química:

Sulfito:

BaS O3+HCl → Ba Cl2+SO2+H 2O

Sulfato:

El sulfato de bario no es

soluble en HCl a

diferencia del sulfito de bario que silo es

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Reacción teóricamente

V.-CONCLUSIONES:

El azufre plástico 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 insoluble en el agua de color caramelo.

El azufre monoclínico viene siendo la modificación estable del elemento por encima de la temperatura de transición mientras que se encuentra por debajo del punto de fusión. Se forman unas agujas filamentadas de color amarillo claro parecido a la escarcha.

Las estructuras cristalinas más comunes son el azufre plástico (azufre α) y el azufre monoclínico (azufre β), siendo la temperatura de transición de una a otra de 96 °C; en ambos casos el azufre se encuentra formando moléculas de S8 con forma de anillo, y es la diferente disposición de estas moléculas la que provoca las distintas estructuras cristalinas. A temperatura ambiente, la transformación del azufre monoclínico en ortorrómbico, es más estable y muy lenta.

El azufre coloidal se ha considerado que es la forma más activa del azufre hasta la fecha, aunque se utiliza menos que el azufre precipitado y cuya fórmula es "S".

Al obtener una solución incolora con precipitados blanco, concluimos que el azufre tiene propiedades reductoras. Esto es debido a su afinidad con el oxigeno, el precipitado blanco pertenece al BaSO4 que es insoluble con el HCl

El azufre libre y como ión sulfuro son buenos agentes reductores por su naturaleza electronegativa

El ion sulfito (SO3=) es soluble en el HCl a diferencia del ion sulfato (SO4

=) que no lo es, ésta solo es una reacción de desplazamiento doble pero a nivel teorico

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VI.-RECOMENDACIONES

Usar el guardapolvo debidamente.

En la fundición del azufre (formación del azufre plástico), tener cuidado con los vapores desprendidos, ya que estos son sofocantes.

Debemos tener presente que los mecheros no deben estar encendidos si su uso no es necesario. Estos solo serán prendidos después de que no supongan ningún peligro para los compañeros.

Después de haber calentado los tubos de ensayo (objetos de vidrio) debemos dejar que estos se enfríen completamente antes de volver a usar. Es importante saber que el vidrio caliente tiene el mismo aspecto que el vidrio frío.

No usar la boca para aspirar con pipetas, soluciones agresivas como ácidos y bases concentradas, como por ejemplo en esta práctica el ácido nítrico (HNO3)CC.

VII.-BIBLIOGRAFIA

BUTLER IAN, Química Inorgánica; , Editorial Addison Wesley, año 1996

LAFFITE MARC, Curso de Química Inorgánica;. Editorial Alambra, año 1987

COTTON – WILKINSON. Química Inorgánica Básica. Noriega Editores.

CELSO -IACOBUCCI -Quimica elemental moderna

QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA Vogel Arthur

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