Síntesis Electroquímica: Peroxidisulfato de Potasio

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA

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ESCUELA DE QUIMICA

Química Inorgánica II        QU-0473

II Semestre 2017

Síntesis Electroquímica: Peroxidisulfato de Potasio

Introducción

La aplicación de la tecnología electroquímica a los procesos de síntesis orgánica e inorgánica es una poderosa tecnología capaz, no sólo de realizar síntesis no alcanzables o muy difíciles de realizar por métodos clásicos, sino también de simplificarlos. Los métodos electroquímicos son mucho menos agresivos para el medio ambiente y los productos obtenidos necesitan menor purificación, como puede observarse en la siguiente figura que muestra un esquema comparativo entre un proceso químico convencional y uno electroquímico. Las características del electrón como reactivo, son extraordinarias y muy diferentes de las de otros agentes químicos. Se trata de un reactivo que puede ser utilizado como oxidante y reductor y cuyo poder redox puede ser controlado sin cambiar la identidad del reactivo. Además de comportarse como las especies redox clásicas, puede dar lugar a especies de gran interés sintético, cationes y aniones radicales, radicales, etc.1

El ion S2O82- tiene una estructura en la cual cuatro átomos de oxígeno están enlazados alrededor de cada átomo de azufre. En las soluciones electrolizadas, las principales especies presentes son K+ y HSO4-.

Un peroxocompuesto contiene por lo menos un par de átomos de oxígeno unidos por enlace covalente simple. Es común decir que el O se encuentra concatenado, o sea, formando enlaces consigo mismo. El grupo O22- puede tener existencia real en peróxidos inorgánicos de los metales alcalinos o alcalino-térreos, por ejemplo Na2O2 o BaO2. Por el contrario, los elementos de los grupos 11, 12 y el H forman los llamados peróxidos covalentes, como el H2O2 (peróxido de hidrógeno) o el ZnO2 (peróxido de zinc). Aquí sigue existiendo el enlace O-O, aunque no tenemos aniones peroxo discretos.1

Otro subgrupo lo constituyen los peroxoácidos. Son ácidos que incluyen la unión peroxídica. Se forman con elementos de los grupos 13, 14, 15 y 16. Por ejemplo H2S2O8 (ácido peroxodisulfúrico) o el HNO4 (ácido peroxonítrico). En algunos casos, los H de estos ácidos son suficientemente fuertes como para permitir la existencia en solución acuosa del anión respectivo, como es el caso del anión peroxodisulfato S2O82-.1

La característica química más importante de los peroxocompuestos es su inestabilidad termodinámica. Generalmente se descomponen por más de una vía simultánea, aunque el producto final suele ser un óxido, el O2 (g) o un compuesto donde el oxígeno ya no se encuentra concatenado.1

Sección Experimental

Se siguió como referencia el procedimiento descrito por Girolami para la síntesis del peroxidisulfato de potasio y caracterización por medio de infrarrojo durante la sesión de laboratorio.3

Reactivos: para la síntesis se utilizaron una disolución de hidrogeno sulfato de potasio, yoduro de potasio, sulfato de manganeso(II) monohidratado, nitrato de polvo, sulfato de cromo(III), ácido sulfúrico, agua destilada. Todos los reactivos y disolventes se emplearon tal y como fueron recibidos.

Equipo: los espectros electrónicos se midieron en celdas de cuarzo entre 200 y 1100 nm en un espectrofotómetro UV/ Vis marca GENESYS 10S (Thermo Scientific).

Preparación de Peroxidisulfato de potasio K2S2O8. Se tomó un beaker con KHSO4 saturado y se puso en un baño de hielo con sal a una temperatura de 0 °C, se introdujo un cátodo y un ánodo de platino, con un área superficial de 2,42 cm2 se le aplicó un voltaje de 2,42 A, produciendo un precipitado blanco y un intenso burbujeo proveniente del cátodo, se dejó reaccionar  por 45 minutos y se obtuvo 6,49 g de producto con un rendimiento de 53 %. Luego se realizaron pruebas cualitativas, disolviendo 0,73 g de peroxidisulfato de potasio en agua, en un tubo de ensayo con la disolución de KI en medio acido, se le agrego unas gotas de peroxidisulfato y paso de incolora a una disolución amarillenta, en otro tubo que contenía sulfato de manganeso(II) monohidratado, paso de incolora a rosado y finalmente un color café. En el tubo de ensayo con sulfato de cromo(III) de incolora a amarillo translucido y finalmente la disolución de nitrato de plata paso de incolora a precipitar un sólido gris.

Discusión y resultados

La electrólisis es un proceso físico-químico donde el pasaje de corriente eléctrica, a través de una solución de electrolito (solución conductora o sal fundida), provoca la migración de los iones positivos al electrodo negativo (cátodo) y la de iones negativos hacia el positivo (ánodo). En los electrodos tienen lugar los procesos químicos: oxidación en el ánodo y reducción simultánea en el cátodo.

Estos procesos se usan como importantes técnicas preparativas y de purificación. Los métodos electrolíticos tienen como ventajas ser de aplicación general y permite la obtención de productos de alta pureza. Así es que muchos metales como Cu, Zn, Pb, y Al son refinados electrolíticamente. Tienen también desventajas importantes. En primer lugar, generalmente se requieren equipos costosos porque los electrodos suelen ser de materiales caros como Hg o Pt.

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