quimica inorgánica iv

GRADO EN QUÍMICA POR LA

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE COMPOSTELA

PRÁCTICAS DE QUÍMICA INORGÁNICA

MANUAL DE LABORATORIO DE

QUÍMICA INOGÁNICA IV

Grado en Química – Universidad de Santiago de Compostela. Manual de laboratorio de Química Inorgánica IV

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ÍNDICE

1. NORMAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO.

2. DIARIO DE LABORATORIO

3. GUIONES DE PRÁCTICAS DE QUÍMICA INORGÁNICA IV

1. Triammintrinitrocobalto(III).

2. Dioxalatocuprato(II) potásico.

3. Tris(8-hidroxiquinolinato)aluminio

4. Hexafluoroferrato(III) potásico.

5. Iones complejos y serie espectroquímica: Comparación de Δ0 de diferentes

complejos del mismo metal.

4. BIBLIOGRAFÍA GENERAL

5. TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS


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1. NORMAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO.

Se aplican las

- normas generales de trabajo y seguridad en el laboratorio,

- de limpieza y secado del material de laboratorio y

- de operaciones básicas

incluidas en el Manual de Laboratorio de Química General.

Además se tendrá en cuenta

No comer, beber ni fumar durante la estancia en el laboratorio.

Todas las operaciones con productos químicos que sean tóxicos, lacrimógenos, irritantes o malolientes deberán ser realizadas en una vitrina. Para las operaciones con materiales tóxicos o corrosivos deberán usarse guantes.

En el caso de quemaduras, lavar con abundante agua. Si la quemadura ha sido producida por ácidos, se lavará abundantemente con agua y después con disolución saturada de bicarbonato sódico. Si la quemadura ha sido producida por bases, después de un lavado abundante con agua se procederá a un lavado con ácido acético diluido.

Evitar el contacto con la piel, la respiración o la ingestión de los productos químicos.

Asumir que todas las sustancias (sólidos y líquidas) son inflamables, corrosivas, cancerígenas y tóxicas, mientras no se conozcan sus propiedades exactamente.

Mantener la cara alejada al máximo de un recipiente en el que se esté calentando o mezclando algo.

No calentar un disolvente inflamable en las proximidades de una llama.

El éter se inflama con facilidad. Su uso requiere especial cuidado.

Los disolventes orgánicos se calentarán a través de placa calefactora o baño de silicona.

Nunca calentar un sistema cerrado.

No llenar las pipetas succionando con la boca.


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2. DIARIO DE LABORATORIO

Recomendaciones para la realización de un informe de prácticas.

1. Qué debe contener

Una descripción pormenorizada del trabajo experimental y personal hecho en el laboratorio. Por lo tanto, incluirá los datos de las medidas tomadas, información y justificación del procedimiento empleado para tomarlas y, en general, información sobre cualquier tipo de manipulación realizada (tomar nota detallada de todo lo que se haga en el laboratorio). La descripción debe ser del trabajo concreto realizado, y no un resumen o trascripción del guión de prácticas.

Resulta conveniente incluir, al comienzo del informe, una introducción somera sobre el tema concreto de la práctica, así como una declaración de objetivos. Es necesario justificar las operaciones o cálculos empleados en la obtención de las magnitudes que se piden, salvo que sean evidentes o que ya se conozcan de la teoría de la asignatura. La justificación puede hacerse directamente o bien mediante referencias bibliográficas. Estos cálculos deben explicitarse lo justo para que cualquiera que lea el informe pueda reconstruirlos. Son imprescindibles unas conclusiones finales, comentarios y/o análisis de resultados obtenidos. Finalmente, se recomienda citar la bibliografía o referencias utilizadas.

2- Qué NO debe contener

Una trascripción o copia del guión de prácticas o de alguna fuente bibliográfica. Tampoco debe contener una descripción pormenorizada de la teoría en la que se fundamenta la práctica (para eso están las citas bibliográficas). No es apropiado presentar operaciones, cálculos y conclusiones de forma no razonada o carente de fundamento.

Nota: También se aconseja estructurar el informe en apartados e incluir un índice de los mismos (sobre todo en informes extensos); la estructura concreta que se escoja depende la práctica en sí misma y/o de los gustos del autor del informe.


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Grado en Química

3er Curso

QUIMICA INORGÁNICA IV

Guiones de Prácticas


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Grado en Química

3º Curso

ÚTILES A TRAER POR EL ALUMNO

Bata

Gafas de Seguridad

Cuaderno de Laboratorio

NORMAS DE TRABAJO

Antes de empezar

Antes de empezar cada práctica, el profesor comprobará que el alumno ha leido el guión

correspondiente.

Durante las sesiones

Las prácticas son individuales, salvo que se indique lo contrario.

Cada alumno tendrá asignado una mesa y una taquilla con el equipo individual.

Trabajar siempre en la mesa, salvo que se necesite la campana de gases.

Mantener siempre limpia la mesa de trabajo.

Al acabar

Limpiar la mesa y el material utilizado.

Dejar el equipo individual en la mesa de trabajo.

Avisar al profesor antes de abandonar el laboratorio.


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Grado en Química

3º Curso

Las prácticas se desarrollarán de acuerdo con el siguiente programa:

Preparación teórica de la práctica: se realizará antes de entrar al laboratorio. Explicaciones previas sobre la práctica a realizar. Realización de la práctica. Cuestiones finales.

Prácticas:

1. Triammintrinitrocobalto(III). 2. Dioxalatocuprato(II) potásico. 3. Tris(8-hidroxiquinolinato)aluminio 4. Hexafluoroferrato(III) potásico. 5. Iones complejos y serie espectroquímica: Comparación de Δ0 de diferentes complejos del mismo metal.

OBJETIVOS GENERALES Las prácticas propuestas se centran en la síntesis y caracterización de compuestos de coordinación. Debido a su carácter sintético, el objetivo fundamental es adquirir destreza en el trabajo de laboratorio, lo que se deberá reflejar en el rendimiento y pureza de los productos obtenidos. Con respecto a la selección de compuestos de coordinación a sintetizar, se han escogido fundamentalmente complejos de metales de transición, en distintos estados de oxidación y que presentan las geometrías más habituales (octaédrica y tetraédrica). Uno de los objetivos será el ilustrar cómo estas variaciones (átomo central, estado de oxidación, geometría, tipo de ligando) influye en sus propiedades, fundamentalmente en el color, ya que en estos compuestos es un reflejo de las transiciones electrónicas d-d en el átomo metálico. Se incluye además la síntesis de un complejo de un metal no transicional (aluminio) como ejemplo de emisión luminiscente que no es debida al átomo metálico, sino al ligando coordinado.


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Grado en Química

3º Curso

Práctica nº 1

TRIAMÍNTRINITROCOBALTO(III)

OBJETIVO

Obtener un compuesto de coordinación de cobalto (III).

INTRODUCCIÓN

Los compuestos de coordinación de cobalto(III) han sido de mucho interés debido a que

estos complejos experimentan intercambio de ligandos muy lentamente en comparación

con los complejos de muchos otros iones de metales de transición (inercia cinética). Por

este motivo, el método habitual de síntesis de compuestos de coordinación de cobalto(III)

implica procesos de intercambio de ligandos en complejos precursores de cobalto(II)

seguido de una oxidación al estado +3. En este punto hay que señalar que si bien el

potencial normal de reducción Co+3/Co+2 es muy alto (lo que justifica el bajo número de

sales simples conocidas de Co+3), éste se reduce enormemente cuando el ion metálico está

complejado a aminas, lo que permite oxidar al complejo precursor con facilidad.

La estequiometría del complejo final obtenido dependerá, en cada caso, de las

proporciones utilizadas de los distintos ligandos y de las condiciones de reacción

empleadas.


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

2,5 g de carbonato de cobalto se disuelven en una mezcla caliente que contenga 3,5 mL de

ácido acético glacial y 7 mL de agua. La disolución resultante, fría, se agrega a otra,

también fría, de 5,35 g de nitrito sódico en 25 mL de amoníaco concentrado (d = 0,88

g/mL). La mezcla resultante se enfría en hielo a 10°C, o aún menos, mientras se añaden

lentamente y con buena agitación, 14 mL de una disolución al 3% de peróxido de

hidrógeno. Después de dejar reposar en el baño de enfriamiento unos 20 minutos más, se

añaden 0,35 g de carbón activo y el líquido de oxidación se calienta en vitrina durante una

hora, agitando frecuentemente y manteniendo el volumen constante agregando agua. El

final de la reacción se observa por la separación de un sólido amarillo, aunque el color

puede no distinguirse bien por la presencia del carbón. El líquido se filtra en caliente

rápidamente por succión para eliminar el carbón (si aparece sólido antes de filtrar,

recristalizar), y el filtrado se enfría en un baño de hielo (frotar las paredes). El producto se

filtra, se lava con alcohol y con éter, y se seca al aire.

El complejo se recristaliza en la mínima cantidad de agua, añadiendo 0,5 mL de

ácido acético diluido e hirviendo; si queda sólido amarillo sin disolver se añade un poco

más de agua, se filtra en caliente y el filtrado se deja enfriar. El sólido que se forma se

filtra en un Büchner, lavando con agua fría y secando en desecador.

MATERIAL

Balanza varilla de vidrio

2 Erlenmeyer (50 y 250 mL) Büchner + Kitasato + cono de goma

2 probetas (20 y 50 mL) cristalizador

espátula vidrio reloj

REACTIVOS

Carbonato de cobalto nitrito sódico

ácido acético glacial amoníaco concentrado

carbón activado peróxido de hidrógeno del 30%

hielo etanol éter etílico

REFERENCIAS

Adams, 152; Biltz, 201; Grubitsch, 446; Henderson, 129; King, 107; Marr, 126;

Schlessinger, 262.


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CUESTIONES FINALES

1.- Escribir y ajustar el proceso global que tiene lugar.

2.- Calcular el rendimiento obtenido.

3.- Describir la estructura del compuesto final (estado de oxidación, número de

coordinación, geometría, modo de coordinación del ligando).

4.- ¿Para qué se recristaliza un compuesto?


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Grado en Química

3º Curso

Práctica nº 2

DIOXALATOCUPRATO(II) POTÁSICO

OBJETIVOS

Sintetizar un compuesto de coordinación de cobre e investigar sus distintos procesos de

descomposición térmica en función de las condiciones empleadas.

INTRODUCCIÓN

Uno de los métodos más comunes de preparación de compuestos de coordinación se basa

en la sustitución de unos ligandos coordinados al átomo metálico de un complejo precursor

por otros ligandos nuevos. La sustitución de ligandos monodentados por ligandos

polidentados quelatantes está especialmente favorecida debido al efecto quelato, de

estabilización termodinámica. Así, el complejo final obtenido es más estable

termodinámicamente que el complejo precursor. De todas formas, cuando se habla de

estabilidad de un compuesto hay que referirla siempre a unas condiciones específicas, ya

que un compuesto puede ser estable en unas condiciones y no serlo en otras. Un ejemplo

de esto es la estabilidad de un compuesto frente a la temperatura. Así, mientras unos

sólidos permanecen estables durante su calentamiento, llegando a fundir sin

descomposición, otros sólo son estables a temperatura ambiente y experimentan procesos

de descomposición térmica cuando son calentados. En algunos casos, como en el del

compuesto de estudio, dioxalatocuprato(II) potásico, pueden ocurrir distintos procesos

según cual sea la temperatura de trabajo.


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En un vaso de 50 mL se prepara una disolución de 2,5 g de sulfato de cobre(II)

pentahidratado en 10 mL de agua, se calienta a 90°C y se añade rápidamente y con

agitación vigorosa a una disolución de 7,5 g de oxalato potásico monohidratado en 20 mL

de agua (vaso de 100 mL), que también está a 90°C. Entonces la disolución se enfría a

10°C en baño de agua/hielo y el precipitado resultante se filtra, se lava rápidamente con 5

mL de agua fría y se seca en estufa a 120°C toda la noche.

El dioxalatocuprato(II) potásico formado se descompone en un horno a unos 500°C

durante media hora, y una vez frío se disuelve en 25 mL de ácido clorhídrico diluido (2

M). A la disolución de cobre se añaden gradualmente, y agitando magnéticamente, 1 g, o

más si es necesario, de zinc en polvo, y se deja hasta que la disolución se decolore. El

cobre precipitado se lava por decantación con agua, y al precipitado se añade ácido

clorhídrico diluido para eliminar el exceso de zinc, continuándose la agitación hasta que

cese el desprendimiento de hidrógeno. El polvo de cobre se filtra, se lava con agua, y se

guarda húmedo, como una pasta, en frasco cerrado

MATERIAL

balanza Büchner + Kitasato + cono de goma

probeta de 50 mL espátula

vidrio de reloj 2 vasos de precipitados (50 y 100 mL)

varilla de vidrio trompa de vacío

crisol

REACTIVOS

Oxalato potásico monohidratado Sulfato de cobre(II) pentahidrato

Ácido clorhídrico (2 M) Zinc en polvo

REFERENCIAS

J. Chem. Educ., 49 (1972) 365; J. Chem. Educ., 71 (1994) 587; Woolins, 18, 2nd, 22.

POTENCIALES DE REDUCCIÓN

EºCu2+/Cuº = + 0,34 V; EºZn2+/Znº = - 0,76 V


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CUESTIONES FINALES

1.- Calcular el rendimiento del compuesto de coordinación obtenido.

2.- Escribir los procesos que tendrían lugar cuando se calienta el producto inicial a:

a) 50ºC; b) 105-110º C; c) 500º C.

3.- Escribir los procesos que conducen a la obtención de cobre metal a partir del compuesto

de coordinación sólido.

4.- ¿Por qué se añade ácido chlorhídrico para eliminar el exceso de zinc?

5.- Describir la estructura del dioxalatocuprato(II) de potasio (estado de oxidación, número

de coordinación, geometría, modo de coordinación del ligando).


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Grado en Química

3º Curso

Práctica nº 3

TRIS(8-HIDROXIQUINOLINATO)ALUMINIO

OBJETIVOS

Sintetizar un compuesto de coordinación de aluminio con propiedades luminiscentes.

INTRODUCCIÓN

Algunos compuestos de coordinación de los grupos principales pueden presentar

propiedades luminiscentes debido a transiciones de sus ligandos coordinados. Algunos de

estos compuestos han encontrado aplicación en el campo de los OLEDs (diodos emisores

de luz orgánicos), que son dispositivos que convierten energía electrica en luz

(electroluminiscencia). Uno de estos compuestos es tris(8-hidroxiquinolinato)aluminio,

que puede ser preparado de forma rápida y sencilla por reacción entre nitrato de aluminio

con 8-hidroxiquinolina en presencia de una base.


En un Erlenmeyer de 100 mL se disuelven 0,75 g de hidroxiquinoleina en 30 mL de

metanol. En otro matraz de 250 mL se disuelven 0,5 g de nitrato de aluminio

nonahidratado en 70 mL de agua. Se añade la disolución de la 8-hidroxiquinoleina a la de

nitrato de aluminio y se agita la mezcla a temperatura ordinaria durante 5 minutos.

Comprobar el pH de la disolución, que debería ser débilmente ácido (pH: 5-6). Se prepara

una disolución de carbonato sódico disolviendo 2 g en 30 mL de agua. Con agitación

vigorosa, se añade goteando lentamente la disolución de carbonato sódico a la mezcla de


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reacción. Debería empezar a precipitar un polvo amarillo, incluso antes de que la

disolución se vuelva básica. La adición de la disolución de carbonato sódico debe hacerse

con cuidado, ya que el producto es ligeramente soluble en medio básico. Se debe

comprobar el pH constantemente y dejar de añadir la disolución de carbonato sódico

cuando el pH de la disolución sea aproximadamente 8. Agitar la mezcla durante media

hora más y filtrarla con succión, lavando el producto amarillo con una pequeña cantidad de

metanol. Secar el producto al aire.

MATERIAL



vaso de 100 mL 2 matraces Erlenmeyer (1 de 100 mL + 1 de 250 mL)


vidrio de reloj papel indicador

barra agitadora

REACTIVOS

hidroxiquinoleina nitrato de aluminio nonahidratado

carbonato sódico metanol

REFERENCIAS

J. Chem. Educ., 80 (2003) 1474.

CUESTIONES FINALES

1.- Escribir la reacción global del proceso


3.- ¿Por qué la mezcla de reacción inicial tiene pH débilmente ácido?

4.- ¿Para qué se añade el carbonato sódico?

5.- ¿Por qué se lava el producto final con metanol?




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Grado en Química

3º Curso

Práctica nº 4

HEXAFLUOROFERRATO(III) POTÁSICO

OBJETIVOS

Obtener un compuesto de coordinación de Fe(III).

INTRODUCCIÓN

La química de Fe(III) ha sido muy investigada. Entre los muchos materiales de partida

disponibles comercialmente están el cluroro, perclorato, sulfato y nitrato, aunque se pueden

usar otros compuestos, como alumbres férricos.

La mayoría de los complejos de hierro (III) son octaédricos, aunque también son

importantes los tetraédricos y los piramidales cuadrados.

La mayor afinidad del Fe(III) es por ligandos que coordinan por un átomo de oxígeno,

aunque la afinidad por el ligando F- es bastante alta.


En un vaso de plástico se prepara una disolución de 6 g de fluoruro potásico dihidratado en

20 mL agua y, mientras se agita vigorosamente, se añade una disolución de 2,75 g de

nitrato de hierro nonahidratado en 10 mL agua, con lo que rápidamente precipita el

fluorurocomplejo, aunque se agita 10 min. más. La suspensión se filtra a través de cuatro

papeles de filtro en un Büchner y se lava con tres porciones de 5 mL de agua, dos

porciones de 2,5 mL de etanol 95% y se seca durante la noche a 120°C.


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MATERIAL



vaso de plástico 100 mL vaso de precipitados de 50 mL


vidrio de reloj

REACTIVOS

Fluoruro potásico dihidratado nitrato de hierro(III) nonahidratado

Etanol 96%

REFERENCIAS

J. Chem. Educ., 71 (1994) 251.

CUESTIONES FINALES

1.- Escribir el proceso que tiene lugar


3.- ¿Por qué se utiliza un vaso de plástico y no de vidrio?




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Grado en Química

3º Curso

Práctica nº 5

IONES COMPLEJOS Y SERIE

ESPECTROQUÍMICA: COMPARACIÓN DE Δ0 DE

DIFERENTES COMPLEJOS DEL MISMO METAL

OBJETIVO

Obtener experimentalmente los valores de desdoblamiento de campo de una serie de

complejos.

INTRODUCCIÓN

La Teoría del Campo Cristal explica cómo los orbitales d de un átomo metálico de

transición que tienen la misma energía en el ion libre, pierden su degeneración en

presencia de los ligandos. La magnitud de este desdoblamiento se denomina energía de

desdoblamiento, Δ0, y depende de varios factores, como son la naturaleza del átomo

central, el número y la geometría de los ligandos en torno al átomo central y la naturaleza

de los ligandos.

El valor de la energía de desdoblamiento de campo influye en la separación de los distintos

niveles de energía electrónicos del átomo metálico entre los que se producen transiciones

d-d. Estas transiciones caen en la región visible y son las responsables del color de estos

compuestos. La posición de estas bandas d-d en el espectro UV-visible se relaciona con el

valor de Δ0, de forma que puede usarse esta técnica para obtener ese valor. Si se comparan

los espectros UV-visible de una serie de compuestos en los que todos los factores de los

que depende Δ0 permanecen constantes excepto la naturaleza del ligando, podrá


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comprobarse la influencia de la naturaleza de los ligandos en el valor del desdoblamiento

de campo. Una vez hecho esto, los ligandos se pueden ordenar según el valor de

desdoblamiento que producen. Este ordenamiento se conoce como serie espectroquímica y

fue introducida por primera vez por el científico japonés Tsuchida.


Diolución 1: Se preparan 100 mL de disolución acuosa 0,05 M de sulfato de níquel.

Diolución 2: A 5 mL de la disolución 1 se le añaden 0,5 mL de amoníaco concentrado.

Diolución 3: A otros 5 mL de la disolución 1 se le añaden 0,1 mL de etilendiamina.

De cada una de las tres disoluciones se registra el espectro electrónico entre 300 y 800 nm.

Los espectros obtenidos se interpretan con ayuda del correspondiente diagrama de Tanabe-

Sugano y se calcula el valor de o para cada complejo, ordenando los ligandos según estos

valores.

MATERIAL

Balanza espátula

Vidrio de reloj vaso de precipitados 100 mL

Matraz aforado 500mL probeta de 10 mL

Pipeta 1 mL espectrofotómetro UV-vis

REACTIVOS

sulfato de níquel amoníaco concentrado etilendiamina

REFERENCIAS

Adams, 134; J. Chem. Educ., 40 (1963) 476; J. Chem. Educ., 44 (1967) 101.

CUESTIONES FINALES

1.- Calcular:

1a) Disolución 1: cantidad de sulfato de níquel necesario para preparar 100 mL de

disolución 0,05 M

1b) Disolución 2: Relación molar en que se mezclan los reactivos


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1c) Disolución 3: Relación molar en que se mezclan los reactivos

2.- Describir el catión complejo presente en cada una de las tres disoluciones (estado de

oxidación, sistema d, número de coordinación, geometría, modo de coordinación de los

ligandos)

3.- Asignar los espectros con la ayuda del correspondiente diagrama de Tanabe-Sugano,

asociando las bandas observadas con las transiciones que las producen.

4.- Calcular en valor de la energía de desdoblamiento, Δ0, para cada uno de los tres casos.

5.- Calcular el valor de B para cada uno de los tres casos.

5.- Ordenar los ligandos en orden de energía de desdoblamiento (serie espectroquímica).


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Grado en Química

3º Curso

4. BIBLIOGRAFÍA GENERAL

Adams, D.M. y Raynor, J.B.; Química Inorgánica Práctica Avanzada; Reverté,

1966

Angelici, R.J.; Técnica y Síntesis en Química Inorgánica, 2ª ed.; Reverté, 1979

Biltz, H. Y Biltz, W.; Laboratory Methods in Inorganic Chemistry, 1st ed.; Wiley,

1909

Brauer, G.; Química Inorgánica Preparativa; Reverté, 1958

Dawson, B.E.; Practical Inorganic Chemistry; Methuen, 1963

Henderson, W.E. y Fernelius, W.C.; A Course in Inorganic Chemistry Preparations,

1st ed.; McGraw-Hill, 1935

Housecroft, C.E. y Sharpe, A.G.; Química Inorgánica, 2ª ed.; Pearson/Prentice

Hall, 2006

Inorganic Syntheses, serie, varios volúmenes, I-XVII, McGraw-Hill, desde 1939;

XVIII- , Wiley, desde 1978

Journal of the Chemical Education, revista mensual, American Chemical Society,

desde 1924

King, A.; Inorganic Preparations; Van Nostrand, 1936

Marr, G. y Rockett, B.W.; Practical Inorganic Chemistry; Van Nostrand, 1972

Petrucci, R.H., Harwood, W.S. y Herring, F.G.; Química General, 8ª ed.;

Pearson/Prentice Hall, 2003

Rayner-Canham, G.; Química Inorgánica Descriptiva, 2ª ed.; Pearson/Prentice Hall,

2000

Riesenfeld, E.H.; Prácticas de Química Inorgánica, 14ª ed.; Labor, 1943


22

Schlessinger, G.G.; Preparación de Compuestos Inorgánicos en el Laboratorio;

Continental, 1965

Shriver&Atkins; Química Inorgánica, 4ª ed.; McGraw-Hill, 2006

Sienko, M.J. y Plane, R.A.; Química Experimental; Aguilar, 1969

Woolins, J.D.; Inorganic Experiments, 2nd ed.; Wiley, 2003


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5. TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS

FUENTE: Cortesía de Merck, Gmbh.

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