Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Con tiocianato (sulfocianuro) de amonio (o de potasio) y cloruro de hierro(III) puede realizarse un experimento para explicar cómo se modifican los equilibrios químicos.
La disolución acuosa de tiocianato de amonio es incolora; la de cloruro de hierro(III) es amarilla. Cuando se mezclan se formará un complejo de hierro(III) con los ligandos tiocianato (NSC–) y H2O de color rojo sangre muy intenso, aunque cuando está diluido se verá marrón anaranjado. El equilibrio de formación de este complejo, cuyo nombre y fórmula son pentaaqua(tiocianato-N)hierro(III), [Fe(NCS)(H2O)5]2+, se puede alterar por diversas vías.
Experimental
Los experimentos se pueden realizar en seis vasos de precipitados, tubos de ensayo o placas de pocillos. Si se hace en vasos, se añade a cada vaso 1 mL de la disolución roja de [Fe(NCS)(H2O)5]2+ obtenida mezclando 5 mL de sendas disoluciones 0,5 M de tiocianato de amonio (incolora) y cloruro de hierro (amarilla). Y se completan con agua hasta 50 mL.
Si se hacen en tubos de ensayo se vierten dos gotas de [Fe(NCS)(H2O)5]2+ a cada uno de 6 tubos, agregando 5 mL de agua. Se añade al tubo 1 un pequeño volumen de una disolución de nitrato de hierro(III) para comprobar que el equilibrio se desplaza hacia la derecha (aumenta el color rojo). Al tubo 2 se le agrega 1 o 2 mL de disolución de tiocianato de amonio (o de potasio) y se observará que igualmente aumenta la intensidad del color rojo. Al tubo 3 se le agregan 2 o 3 g de cloruro de amonio sólido. Al tubo 4 se le añade nitrato de plata. El quinto se introduce en agua muy caliente y el sexto en agua muy fría (mezcla de hielo más agua) para ver cómo influye la temperatura en el equilibrio.
Complementos
El experimento se puede complementar con otras pruebas, como agregar SnCl2 0,1 M a la disolución de referencia, añadirle Na2HPO4 0,1 M o añadirle NH3 1 M para observar qué ocurre.
Explicación
El equilibrio de formación del ion complejo pentaaqua(tiocianato-N)hierro(III) en agua es:
SCN– + [Fe(H2O)6]3+ ⇌ [Fe(NCS)(H2O)5]2+ + H2O
Ese equilibrio puede ser alterado cambiando las concentraciones de las especies que participan o bien agregando una nueva especie que reaccione con alguna de ellas.
Así, si se añade cloruro al medio (por ejemplo, en forma de cloruro de amonio o de ácido clorhídrico), este ion tenderá a formar con el hierro ciertos compuestos estables. Se ha debatido mucho sobre cuáles son estos compuestos. En realidad, se forman mezclas de ellos, dependiendo de las concentraciones de los ligandos cuando los compuestos formados son de coordinación o complejos. Se ha propuesto que en disoluciones con un exceso de iones de cloruro el complejo de Fe(III) dominante es el trans-[FeCl2(H2O)4]+, pero en disoluciones diluidas es el [Fe(H2O)6]3+. Por lo tanto, pare entender el experimento que nos ocupa debemos considerar el equilibrio:
[Fe(H2O)6]3+ + 2 Cl– ⇌ [FeCl2(H2O)4]+ + 2 H2O
Lógicamente, habrá una competición del Cl– y el SCN– por el Fe(III) que dependerá de las constantes de formación de ambos complejos, pero, en cualquier caso, al añadir Cl–, el SCN– tendrá menos disponibilidad de Fe3+ y el equilibrio escrito al principio se desplazará hacia la izquierda, volviéndose más pálido el rojo intenso de la disolución. Sin embargo, si se agrega SCN–, el equilibrio se desplazará hacia la derecha y el rojo será más intenso.
Por otro lado, si se añade una sal soluble de plata (como nitrato de plata), esta formará con el SCN–tiocianato de plata, muy poco soluble en agua:
SCN– + Ag+ ⇌ AgSCN
Por lo tanto, al consumirse iones SCN–, el equilibrio primero se desplazará hacia la izquierda.
En cuanto a las pruebas complementarias, si se agrega SnCl2 0,1M a la disolución original se podrá observar que se vuelve incolora porque los iones de estaño(II) reducen al hierro(III) para formar hierro(II):
Sn2+ + 2 Fe3+ ⇌ Sn4+ + 2 Fe2+
Por otro lado, agregando Na2HPO4 0,1 M a otra alícuota de la disolución de referencia se verá que también se pierde el color, lo que es debido en este caso a que se forma un complejo incoloro del fosfato con iones de hierro(III):
Fe3+ + HPO42– ⇌ FeHPO4+
Finalmente, añadiendo NH3 1 M a la disolución original se formará una suspensión coloidal de hidróxido de hierro(III):
NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH–
Fe3+ + 3 OH– ⇌ Fe(OH)3
Seguridad
No es un experimento que entrañe muchos riesgos, sobre todo porque todo se hace a pequeña escala. Sin embargo, muchos de los productos químicos que se emplean son tóxicos o irritantes, por lo que se deben tomar las precauciones habituales tanto en la manipulación (uso de guantes y gafas) como en el vertido de los residuos.
Bibliografía
- L. P. Eblin. An experiment on chemical equilibrium for beginners. J. Chem. Educ., 1935, 12, 324. DOI: 10.1021/ed012p324.
- I. Persson. Ferric Chloride Complexes in Aqueous Solution: An EXAFS Study. Journal of Solution Chemistry, 2018, 47, 797–805. DOI: 10.1007/s10953-018-0756-6.
- Laboratory 1: Chemical Equilibrium. Chemistry (Colby College). http://www.colby.edu/chemistry/CH142/lab/CH142Exp1Equilibrium.pdf.
Imagen de cabecera: New Stock Footage en YouTube.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
