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BÓRAX Nº 2 (2)-Revista de Química Práctica para Secundaria y Bachillerato-IES. Zaframagón-ISSN 2529-9581
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PROPUESTA PARA LA UTILIZACIÓN EXPERIMENTAL DEL ÓXIDO E
HIDRÓXIDO DE ESCANDIO EN LAS ENSEÑANZAS MEDIAS
Autores: Martínez-Troya, D.1
RESUMEN
El óxido y el hidróxido del escandio son compuestos de escaso interés desde el punto de
vista de las enseñanzas medias. El Sc (III) no posee electrones d, por lo que sus
compuestos son de color blanco,algo decepcionante si lo comparamos con los del resto
de los derivados de los metales de transición A pesar de ello, veremos cómo podemos
encontrar algunas reacciones de atractivo académico para el alumnado, como el carácter
anfótero de los compuestos o la particular estructura gelatinosa del hidróxido.
Palabras clave: Óxido de escandio; Hidróxido de escandio.
ABSTRACT
Scandium oxide and hydroxide are not interesting compounds regarding middle school
views. Sc (III) is the only ion, and it hasn’t d-electrons, so its compounds are white, a
disappointing fact if compared with any of the transition metals ones. Instead of this,
we’ll show that scandium oxide and hydroxide present some reactions of pedagogic
significance, such as the amphoteric character or the gelatinous structure of the
hydroxide.
Key words: Scandium oxide; Scandium hydroxide.
INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN
El escandio es un metal de color plateado, que puede colorearse de un tono
amarillento si se ha oxidado superficialmente al aire con el oxígeno ambiental, entonces
puede llegar a apreciarse incluso dorado a causa de la formación de una capa de óxido2.
Es un metal caro3, no tanto por su rareza, sino porque los yacimientos no son adecuados
y además presenta una difícil separación de otros metales semejantes junto a los que se
presenta4
, por lo que es poco apropiado para las Enseñanzas Medias, donde el
presupuesto suele ser ínfimo.
1 Daniel Martínez Troya [email protected]
2 Wiberg, E. Wiberg, N., Inorganic Chemistry, Academic Press, Berlín, 2001, p.1320.
3 En noviembre del 2016 compramos 0,1g de Sc a un precio de algo más de 10$ en ebay.
4 Cotton, F. A., Wilkinson, G., Química Inorgánica Avanzada, Limusa, Méjico, 1990, p. 1199.
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Siguiendo nuestra línea de investigación que pretende sistematizar las
posibilidades de aprendizaje que los óxidos e hidróxidos de los metales de la primera
serie de transición ofrecen para Secundaria y Bachillerato, nos encontramos con el
escandio, a pesar de la pobre química que exhibe en lo que a nosotros nos interesa.
A pesar de todo remarcaremos el carácter anfótero del hidróxido en particular y
nos divertiremos con la belleza de su precipitado gelatinoso. Además trabajaremos con
un metal que para nada es habitual, algo que ya de por sí es todo un aliciente.
DESCRIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD
En principio partiremos del metal escandio puro y pasaremos a disolverlo en
ácido sulfúrico diluido para obtener el [Sc(H2O)6]+3
incoloro. Después iremos
añadiendo diferentes bases (NH3 en disolución y NaOH concentrado) para formar
primero el precipitado hidróxido de color blanco y después redisolverlo hasta lograr el
[Sc(OH)6]-6
incoloro.
A partir del [Sc(H2O)6]+3
formaremos un precipitado añadiendo un oxalato que
hemos obtenido previamente a partir de ácido oxálico y sosa, para a continuación
descomponerlo a la llama del mechero de butano y obtener el óxido, Sc2O3.
Para concluir realizaremos algunas pruebas llevando el Sc metal a la llama, lo
que nos permitirá apreciar la luz blanca que genera al oxidarse en contacto con el aire,
siempre y cuando esté formando un hilo fino.
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD
A) DISOLUCIÓN EN MEDIO ÁCIDO DEL ESCANDIO
Al igual que sucede con otros metales, el escandio reacciona en contacto con un
ácido oxidándose y generando H2 que sale de la disolución en forma de abundantes
burbujas. La reacción es particularmente sencilla gracias al relativamente alto potencial
rédox (Sc(III)/Sc) de -1,9 V5 que favorece la oxidación paulatina del metal en medio
ácido.
2 Sc (s) + 6 H+ (ac.) 2 Sc
+3 (ac.) + 3 H2 (g)
5 Sharpe, A.G., Química Inorgánica, Reverté, Barcelona, 1993, p. 644.
Valor extraído de la tabla siguiente de Petr Vanýsek: -2,077V (debe ser un pH en torno a 0) http://sites.chem.colostate.edu/diverdi/all_courses/CRC%20reference%20data/electrochemical%20series.pdf
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El proceso es rápido tal y como puede apreciarse en las imágenes. Es interesante
el baile de las limaduras del metal que suben y bajan a medida que se forman las
burbujas (disminuyendo la densidad del conjunto cuando están unidas, devolviéndolo a
la habitual cuando se liberan).
En el proceso de disolución el escandio se oscurece antes de disolverse, algo que
ocurre (como veremos más adelante) cuando se calienta a la llama. Es posible que al
entrar en contacto con el oxígeno disuelto en el agua, el Sc+3
recién formado cree
momentáneamente una capa de Sc2O3 en el metal, capa que se disuelve tan pronto como
se genera. Llama particularmente la atención el color oscuro (o amarillento, en las
virutas del Sc al aire libre o calentado a la llama) del Sc2O3 que debiera ser blanco.
Probablemente las tonalidades diferentes se deban a impurezas o a defectos
estructurales de la red del óxido. Algo semejante a lo que ocurre con el ZnO a alta
temperatura.
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La disolución en medio básico no se produce si el escandio está «pasivado» (o al
menos eso es lo que nos indica nuestra experiencia). Tras intentar la disolución de las
raspaduras de escandio, tanto en amoniaco, como en disoluciones de sosa a diferentes
concentraciones lo único que hemos registrado es una formación de burbujas que tras
crecer, se mantenían sobre el metal, como si el proceso de oxidación se hubiese
detenido. Ni siquiera el posterior calentamiento a la llama facilita el proceso, lo que
evidencia que el Sc2O3 que se debe de haber formado en la superficie es lo
suficientemente denso y estable como para impedir la oxidación del metal incluso al
calentar.
Probablemente si pudiésemos
usar una lámina de escandio recién
cortada, a la que no le hubiese dado
tiempo de formar una capa de óxido de
protección, se disolvería como
esperamos. Podemos ver el contraste de
color entre esta raspadura de escandio,
con su característico tono plateado y el
color prácticamente negro del anterior,
donde sí se está llevando a cabo la
oxidación del metal.
B) FORMACIÓN DEL ACUOCOMPLEJO DE ESCANDIO
El escandio sólo forma un ión estable, el
Sc+3
, por lo que en medio ácido tendremos el
catión hexaacuoescandio6
[Sc(H2O)6]+3
que
hidroliza fácilmente al agua a medida que el pH
sube, a causa de su alta carga. La mayoría de los
compuestos del escandio son hexacoordinados.
Podemos ver aún buena parte de las
burbujas del H2 generado adheridas a las paredes
del tubo de ensayo.
A medida que es pH sube algunas de las
moléculas de agua coordinadas pueden verse
sustituidas por grupos hidroxilos procedentes de
la hidrólisis de la misma molécula de agua.
6 Horovitz, C.T. (Ed.), Scandium Its Occurrence, Chemistry Physics, Metallurgy, Biology and Technology,
Academic Press, Londres, 1975, p. 111.
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Es habitual que el Sc+3
muestre su carácter ácido e hidrolice al agua en
disoluciones a priori neutras, por ejemplo procedentes de sales como el Sc(ClO4)3 donde
el perclorato es la base débil de un ácido fuerte y por tanto no hidroliza. Entonces
aparecen reacciones de hidrólisis y de polimerización7 con cationes en disolución,
particularmente importantes a medida que el PH se acerca a 7. Como ejemplos nos
valen:
[Sc(H2O)6]+3
⇌ [Sc(H2O)5OH]+2
+ H+
2 [Sc(H2O)5OH]+2
⇌ [Sc2(H2O)10(OH)2]+4
C) OBTENEMOS EL HIDRÓXIDO DE ESCANDIO
A partir de la disolución ácida de [Sc(H2O)6]+3
procedemos a añadir gota a gota
pequeñas cantidades de una disolución concentrada de NaOH, de manera que podamos
observar la aparición del precipitado a un pH prácticamente neutro8, como una niebla
fina y de color blanco (que se aprecia en realidad de una tonalidad celeste) que queda en
la parte superior de la disolución.
7 Horovitz, C.T., Op.cit. pp. 111 y 112.
8 En la bibliografía aparecen valores diferentes de pH a temperatura ambiente (4,9 para Ivanov-Emin y
Ostroumov, y 7,1 para Vickery). Cf. Ibídem pp. 112-113. En nuestro caso rondaba el pH=7 pero es más un problema de vista que de otra cosa debido a la delicadeza de la primera suspensión, que resulta difícil de apreciar.
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El hidróxido se va expandiendo a medida que añadimos más sosa, pero hay que
tener cuidado con la base, ya que al ser el Sc(OH)3 un anfótero, puede comenzar a
disolverse parcialmente a medida que añadimos la base.
Para garantizar que obtendremos la máxima cantidad del hidróxido lo mejor es
añadir NH3 comercial, directamente y sin preocuparnos, ya que el pH final coincide con
el de máxima formación del complejo9 y es lo suficientemente bajo como para que se
nos forme el anión de los hidroxilos [Sc(OH)6]-3
.
El mero contacto con el amoniaco, hace que la capa vaporosa del hidróxido se
haga densa y gelatinosa, de una forma tan rápida y contundente (considerando el poco
escandio utilizado) que constituye el principal atractivo de todas las reacciones que
estudiamos aquí con el escandio, focalizando nuestra atención en los intereses de
nuestro alumnado.
La gelatina del Sc(OH)3 es de color blanco, con tonalidades celestes que se
deben al carácter translúcido de la sustancia. Es tan consistente que se puede filtrar
como podrá apreciarse en las siguientes fotografías.
9 Erdey, L., Gravimetric Analysis, Part 2, Pergamon, Budapest, 1965, p. 508.
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La superficie entre la disolución y el precipitado gelatinoso de Sc(OH)3 se puede
seguir con toda nitidez, lo que permite comprender cómo de denso aparenta ser el
precipitado.
La naturaleza química real del Sc(OH)3 es algo complejo de establecer, ya que
como suele suceder, la posibilidad de que tengamos varios compuestos de análoga
estequiometria es muy elevada.
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Así puede tratarse de un óxido hidratado10
Sc2O3·nH2O, de un óxido e hidróxido
de escandio11
tipo ScO(OH) o incluso cadenas complejas de polimerización12
como
[Sc(OH)2·Sc(OH)2]n, que evidentemente están relacionadas con las que comentamos en
el apartado anterior.
De cualquier forma parece claro que no hay un Sc(OH)3 definido13
aunque la
belleza del producto bien merece que el alumnado lo disfrute. A lo largo de su
estructura pueden verse pequeñas zonas que brillan dándole un aspecto semejante al de
una geoda (obviamente para nada cristalino). Además se puede ver la gran cantidad de
agua que queda atrapada en la estructura gelatinosa del hidróxido.
10
Cotton, F.A., Op.cit. p. 1199. 11
Ibídem, p. 1199. 12
Mackay, R.A., Henderson, W., Introduction to Modern Inorganic Chemistry, 6ª Edición, Ed. Nelson Thornes, Cheltenham, 2002 (reimpresión), pp. 248-249. 13
Ibídem, p. 248.
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Como el escandio no tiene demasiadas cosas que ofrecernos podemos disfrutar
un poco con una serie de fotografías obtenidas de una repetición de la obtención del
hidróxido con concentración análoga.
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D) PASAMOS AL COMPLEJO ANIÓNICO
Si continuamos añadiendo sosa
concentrada, el precipitado se disuelve al
incorporar grupos hidroxilos intercambiándolos
con el agua de la esfera de hidratación. Al final
se acaba formando el complejo incoloro
[Sc(OH)6]-3
. A pesar de todo, el hidróxido
persiste durante mucho tiempo y su
concentración no llega a hacerse cero del todo a
juzgar por el color blanquecino que mantiene la
disolución con independencia de la cantidad de
NaOH añadida. Lo primero que ocurre es la
desaparición de la nitidez del precipitado, hasta
formar una disolución blancuzca de tonos
azulados que
No obstante el mejor resultado se logra añadiendo unas escamas de sosa a la
disolución. En el fondo del tubo se forma rápidamente una zona en la que ha
desaparecido el hidróxido, sustituido por el [Sc(OH)6]-3
, que se vuelve incolora como si
no fuese más que agua, mientras el resto del tubo mantiene el gel.
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E) CARÁCTER ANFOTÉRICO DEL HIDRÓXIDO DE ESCANDIO
Una de las aplicaciones pedagógicas más convenientes del escandio es
precisamente el carácter anfótero de su hidróxido y de su óxido14
. Podemos comprobar
cómo el Sc(OH)3 puede redisolverse aceptando grupos hidroxilos, pero igualmente se
disolvería (no creemos necesario hacerlo) en medio ácido.
Resulta obvio que a pesar de ello, hay mejores compuestos para estudiar el
anfoterismo que los óxidos e hidróxidos del escandio. Tanto el Zn como el Al son más
baratos y adecuados para ello, aunque si se trabaja con los derivados del escandio, no
está de más hacer una referencia a esta interesante propiedad.
F) PRECIPITACIÓN DEL OXALATO DE ESCANDIO
Una de las vías para formar el Sc2O3 es precipitar el oxalato y descomponerlo
térmicamente a continuación. Para ello hemos cogido ácido oxálico, y lo hemos
neutralizado con sosa en disolución concentrada, de manera que nos quede el anión
oxalato disponible para el Sc+3
que se encuentra en medio ácido.
La reacción de precipitación es la siguiente:
2 Sc+3
+ 3 [C2O4]-2
Sc2[C2O4]3
El oxalato de escandio es un polvo de color blanco que precipita como hidrato15
,
en forma de Sc2[C2O4]3 · nH2O, con un producto de solubilidad16
de 1,22·10-22
que es lo
suficientemente bajo como para que precipite sustancialmente.
14
Cotton, F.A., Op.cit. p. 1199. 15
Horovitz, C.T., Op.cit. p. 350. 16
Xu Shaoquan, Coordination of Scandium with Oxalate Ions in Aqueous Medium, [J]. Chemical Journal of Chinese Universities, 1985, 6(10): 866-868.
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Vemos una serie de imágenes de la precipitación del oxalato de escandio:
En el proceso hemos empleado la disolución de Sc metal en ácido sulfúrico, por
lo que la especie que va a formar el precipitado es el [Sc(H2O)6]+3
que en contacto con
el acetato de la disolución (en exceso, obviamente) provoca al principio la aparición de
pequeños gránulos del acetato de escandio repartidos por todo el volumen. Después
poco a poco se va formando en el fondo, por gravedad, el Sc2[C2O4]3 de un tamaño de
partícula muy pequeño y blanco. Es fácil finalmente extraer la disolución sobrenadante
con una pipeta y utilizar el oxalato para descomponerlo térmicamente y obtener el
Sc2O3.
G) DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA DEL OXALATO
Para generar el Sc2O3 basta con descomponer el compuesto obtenido a la llama
del mechero de gas butano en la vitrina de gases. La descomposición comienza a los
360ºC pero es completa a los 800ºC donde se tiene el óxido deshidratado, aunque muy
inestable y con tendencia a hidratarse rápidamente con una o dos moléculas de agua17
.
Al principio el agua que acompaña al oxalato de escandio (no hemos perdido el
tiempo en eliminarla por completo, es decir, hemos colocado en la cazoleta de la
espátula una sustancia blanca y densa, pero más o menos líquida) entra en ebullición,
para después ir lentamente perdiendo agua de hidratación y de coordinación hasta la
formación del óxido anhidro.
17
Wendlandt, W.W., Anal. Chem., 1958, 30 (1), pp 58–61, DOI: 10.1021/ac60133a015.
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La serie de fotografías es la siguiente:
Al final el compuesto esperado queda con un tono beige extraño que
probablemente sea consecuencia de la forma en la que lo hemos elaborado. A lo largo
de muchas prácticas constatamos que aparecen leves cambios de color dependiendo del
método de síntesis y de la historia de la síntesis, por lo que consideramos correcto el
resultado.
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Una vez reducido a polvo vemos que el
color es ligeramente diferente al esperado. Ese
color beige, ligeramente rosado no es la
primera vez que el Sc2O3 presenta este color en
la bibliografía18
. También podría deberse a la
existencia de algún metal de transición que
acompañase la muestra de Sc metálico que
adquirimos, aunque nos decantamos porque
sea una coloración provocada por la
contaminación de la espátula.
Para comprobar si es una contaminación la responsable del color, disolvemos en
una disolución de ácido sulfúrico diluido el Sc2O3 obtenido y comprobamos para
nuestra sorpresa que, evidentemente, ha habido contaminación de algún resto que debió
de haber quedado en la espátula tras llevar a cabo algún otro experimento, a pesar de
haberla raspado con lija antes de pasar a descomponer el oxalato de escandio.
Se ve que el tono anaranjado lo ha adquirido tras el contacto con la espátula,
aunque se disuelve perfectamente como era de esperar y vuelve a formar el Sc(OH)3 sin
que el gel presente el color beige-anaranjado, sino el tono blanco-azulado característico.
Emplearemos ese Sc(OH)3 para descomponerlo térmicamente y obtener el Sc2O3
anhidro (aún cuando usamos la fórmula del hidróxido, somos conscientes de la variedad
que representa y que no está definido).
18
Albayrak, I.C., Mechanical Properties of Polycrystalline Ceramics by Nanoindentation Methods: Effect of Surface Roughness and Tip Size, Drexel University, 2009, p. 43. http://max.materials.drexel.edu/wp-content/uploads/Ismail_Albayrak.pdf
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H) DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA DEL HIDRÓXIDO
Para obtener el Sc2O3 se puede calentar hasta descomposición el Sc(OH)3 que
formaremos añadiendo a la disolución anterior de Sc+3
una disolución comercial de
amoniaco al 30%. El hidróxido se forma rápidamente, con la misma estructura
gelatinosa de antes. Para poder separarlo de la disolución madre, dejamos que precipite
por gravedad durante un par de días (suponemos que en unas cuantas horas se
precipitará al fondo también, pero a nosotros se nos coló el fin de semana).
A partir de ahí extrajimos la disolución
de aguas madre con una pipeta y comenzamos
a calentar el precipitado gelatinoso constituido
por una mezcla de Sc(OH)3 blanco, de agua y
de (NH4)2SO4 y probablemente NH4HSO4 que
están en disolución en el agua que ha quedado
retenida por el hidróxido. Pasamos a calentarlo
directamente a la llama de un mechero de
alcohol, de modo que sólo nos quede el Sc2O3
que esperamos esta vez sea de un color blanco
inmaculado.
Cuando calentamos el precipitado comienza a secarse hasta que sólo hay un
residuo seco del que con el paso del tiempo una parte comienza a fundirse y a salir del
tubo en forma de vapor blanco y denso que también se va quedando adherido a las
paredes del tubo a medida que se enfría, formando una costra blanca de grano finísimo.
Vemos el proceso en imágenes.
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El humo blanco que sale y el polvo que queda adherido en la parte superior del
tubo es (NH4)2SO4 y quizás NH4HSO4, hay que considerar que el hidrogenosulfato de
amonio se descompone a los 120ºC19
y el sulfato a los 235ºC20
. El tubo queda
verdaderamente dividido en dos zonas con recubrimientos diferentes, arriba el
(NH4)2SO4 y abajo el Sc2O3.
Además corroboramos la naturaleza ácido
base del recubrimiento pasando un papel indicador
humedecido en agua por el borde superior del
tubo. La cinta de indicador se colorea de rojo
intenso, lo que esperaríamos para un ácido y en
particular para el (NH4)2SO4 donde si bien el
sulfato no tiene actividad ácido-base, el amonio
[NH4]+ es el ácido conjugado de una base débil y
por tanto tiene un comportamiento ácido acuciado.
De este modo entendemos que el recubrimiento es
esta sal tras descomponerse en el interior del tubo
al alcanzar los 235ºC, se adhiere nuevamente nada
más baja la temperatura.
19
http://gestis.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_de/004300.xml?f=templates$fn=default.htm$3.0 20
http://gestis-en.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_en/000000.xml?f=templates$fn=default.htm$vid=gestiseng:sdbeng$3.0
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El óxido de escandio obtenido esta vez no contiene las impurezas que lo
coloreaban de beige y que quedaron en las aguas madres, por lo que presenta este
aspecto.
La descomposición del Sc(OH)3 o, mejor dicho, la deshidratación del óxido de
escandio sólo es total a partir de los 900ºC (en temperaturas anteriores va perdiendo
poco a poco el agua), lo que da idea de lo difícil que es eliminar el agua del óxido21
.
Obviamente, si deseásemos hacerlo hasta ese punto, usaríamos de nuevo la llama de gas
y la cazoleta metálica. La reacción de descomposición es la siguiente:
2 Sc(OH)3 Sc2O3 + 3 H2O
21
Erdey, L., Op.cit. p. 508.
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I) FORMACIÓN DEL ÓXIDO DE ESCANDIO POR COMBUSTIÓN DIRECTA
El metal escandio tiene un color plateado
que con el paso del tiempo y al exponerse al aire,
se torna amarillento22
por la formación de una
capa protectora de Sc2O3. Nosotros adquirimos el
metal en forma de raspaduras que no son
particularmente adecuadas para la combustión
directa a la llama del meche de butano. En algunas
de ellas se puede apreciar cierto color amarillento
con visos dorados.
La última de las formas de obtención del Sc2O3 que proponemos aquí es
adecuada sólo para cuando el escandio se encuentra en hilos finos o en polvo. De esta
manera, como muchos otros metales, arde fácilmente al aire al ser expuesto a una llama,
emitiendo una luz anaranjada (un tanto rosácea) muy característica y de gran intensidad.
El residuo que quedaría sería el óxido correspondiente, si lo hubiéramos podido
confinar y recoger.
Sc + O2 Sc2O3
22
Wiberg, E. Wiberg, N. Op.cit. p.1320.
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J) HIDROXOESCANDATOS Y SALES DE ESCANDIO
Cuando se forma el [Sc(OH)6]-3
por
adición de NaOH en disolución concentrada,
como vimos en uno de los puntos anteriores,
podemos dejar que se evapore hasta que
aparezcan mezclas que pueden ser de varios tipos
como NaSc3(OH)6(SO4)2 hidratado, Na3Sc(OH)6
hidratado u otros tipos como Sc(OH)SO4 sin
abundar mucho más en los resultados23
. A partir
de esta mezcla se puede obtener el Sc2O3 de
nuevo llevándola a descomposición térmica por
encima de los 900ºC para que los sulfatos se
descompongan24
.
Si por el contrario dejamos que cristalice por evaporación lenta, encontramos
que hay una cristalización diferenciada del NaOH en exceso, del Na2SO4 y de lo que
suponemos deben de ser los hidroxoescandatos de sodio, que escribimos como
“Na3Sc(OH)6” de forma general. El reconocimiento de las formas cristalinas es sencillo,
sobre todo teniendo en cuenta que sabemos exactamente qué contiene la disolución y las
características propias de las sales, que las hacen muy diferentes unas de otras. Así las
grandes formas cuadradas de la sosa en exceso aparecen aquí y allá25
, mientras que los
pequeños cristalitos del sulfato de sodio creemos encontrarlos en esas formas cortas y
ramificadas que recuerdan vagamente a sucesiones de estrellas26
. La tercera formación
que aparece es la que hemos considerado que pudiera ser el grupo de los “Na3Sc(OH)6”
sin que realmente aportemos demostración alguna al respecto con los medios que
tenemos en nuestro laboratorio. Quizás lo más sencillo hubiese sido retirar ejemplos de
cristales con la espátula e ir haciendo pruebas individualmente, corroborando la
propuesta. Sin embargo se nos sale del interés propio tanto para el artículo como para
nuestro alumnado.
Esta estructura tan evidente desaparece nada más se deja que llegue a sequedad
la disolución, perdiéndose toda esa información en la masa de cristales irregulares e
indefinidos, que acaban amontonándose en un residuo blanco y amorfo. De cualquier
forma, como nuestro trabajo se centra en la enseñanza secundaria, no nos importa
demasiado la cuestión de la pureza del compuesto obtenido, aunque nos percatamos de
la importancia de detenerse en esa diversidad de cristales para explicar la presencia de
diferentes compuestos en una disolución que parece formada por un único compuesto.
23
Johnson, B.F., Inorganic Chemistry of the Transition Elements, vol. 5, The Chemical Society, Londres, 1977, p.449. 24
Li, J., Ikegami, T., & Mori, T. (2004). Solution-Based Processing of Sc2O3 Nanopowders Yielding Transparent Ceramics. Journal of Materials Research, 19(3), 733-736. doi:10.1557/jmr.2004.19.3.733. 25
https://fineartamerica.com/featured/sodium-hydroxide-crystals-charles-d-winters.html 26
https://www.youtube.com/watch?v=dyVz6h2wrEA
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K) EL ESCANDIO, SUS USOS Y LOS DEL ÓXIDO
Al realizar esta pequeña investigación sobre las posibilidades del óxido y del
hidróxido de escandio en el laboratorio de Secundaria o de Bachillerato, nos hemos
encontrado con que el metal en sí y sus compuestos, tienen una menor bibliografía que
el resto de los de la primera serie de transición. En general, cuando aparece en los
manuales generales de la química inorgánica avanzada, lo hace de forma escasa, sobre
todo en relación con el tratamiento que se le da a otros metales. Somos conscientes por
tanto de que nuestro artículo es una rareza en el ámbito académico en el que nos
movemos.
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El escandio se usa como aditivo a las lámparas de vapor de mercurio,
permitiendo la generación de una luz más natural, en aleaciones con aluminio para
equipos deportivos o para la industria aeroespacial, incluso en la producción de pilas
alcalinas de níquel, entre otras utilidades27
.
El Sc2O3 se suele denominar escandia y por su bajo peso y su alta capacidad
como material refractario, suele emplearse en sistemas que necesiten mantenerse
estables a alta temperatura, en cerámica electrónica y en determinadas variedades de
vidrio28
. También es una vía habitual para preparar el fluoruro de escandio, cuya
descomposición por electrolisis permite obtener el metal puro29
.
CONCLUSIONES
El escandio no es el mejor metal para que nuestro alumnado aprenda química en
el laboratorio. Además de ser caro, su óxido y su hidróxido son blancos, por lo que no
permiten una particular motivación relacionada con el color, que tan útil resulta para el
aprendizaje. Por otra parte, en aquellos aspectos de su química, donde podemos tener
cierto interés, pueden ser sustituidos con ventaja por otros metales más baratos y
accesibles, como el cinc y el aluminio.
De entre las posibilidades que nos ofrece su química destacaremos como útiles
el estudio del concepto de compuesto anfótero a partir del hidróxido (o del propio
óxido). Particularmente nos ha sorprendido la belleza del precipitado del hidróxido, por
su estructura gelatinosa, su aspecto denso y su color blanco con reflejos celestes, que
podría tener un buen efecto en el laboratorio si el metal de partida no fuese tan caro. Es
evidente que una vez obtenido el hidróxido, podemos calentarlo hasta la formación del
Sc2O3, haciéndolo en campana, para evitar los humos que se desprenden.
Otra de las experiencias de interés para nuestro alumnado es, sin duda alguna, la
combustión del metal a la llama de la bombona de butano. La luz es tan particular,
intensa y anaranjada, que contrasta fuertemente con la luz de la cinta de magnesio que
habitualmente utilizamos y de la que sería un buen complemento.
A continuación se desarrolla el cuadro de reacciones que hemos llevado a cabo
para el escandio.
27
Krebs, R.E., The History and Use of our Earth’s Chemical Elements, 2ª Edición, Greenwood Press, Westport, 2006, p. 89. Cf. Duyvesteyn,W.P.C., Putnam, G.F., Scandium. A review of the elements, its characteristics, and current and emerging commercial applications, EMC Metals Corporation, 2014. http://www.scandiummining.com/i/pdf/Scandium-White-PaperEMC-Website-June-2014-.pdf 28
http://www.reade.com/products/scandium-oxide-sc2o3 29
Krebs, R.E., Op.cit. p. 90.
BÓRAX Nº 2 (2)-Revista de Química Práctica para Secundaria y Bachillerato-IES. Zaframagón-ISSN 2529-9581
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Sc
[Sc(H2O)6]+3
[Sc(OH)6]-3
H+
OH-
Sc2O3
Sc(OH)3
OH-
OH-
H+
O2
H+
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