Escuela Superior Politécnica del Litoral Laboratorio de Química Analítica Práctica # 10 Determinación de níquel en acero Ing. John Daniel Fajardo Contreras Christian Jesús Cabezas Guzhñay 2s 2016-2017
1. Objetivos Objetivo General
Determinar Experimentalmente el contenido de níquel en una muestra de acero.
Objetivos Específicos
Determinar gravimétricamente el contenido de níquel en una muestra de acero por formación del quelato insoluble dimetilglioximato de níquel. Analizar la importancia que tiene el valor de pH durante un procedimiento de análisis químico. Comprender la definición de quelato y su aplicación en el análisis químico.
2. Marco Teórico El contenido de níquel de una muestra de acero se puede determinar por precipitación del níquel en solución ligeramente alcalina con solución alcohólica de Dimetilglioxima como agente precipitante. Se agrega ácido tartárico para evitar las interferencias debidas al hierro. El valor teórico de níquel que debería estar presente en una muestra de acero de baja concentración de níquel es de aproximadamente 8%. Debido al carácter voluminoso del precipitado que se obtiene, existe un límite máximo de la cantidad de níquel que se puede manejar adecuadamente. El peso de muestra a tomar viene determinado por esta consideración. Se debe controlar el exceso de reactivo precipitante, no sólo porque su solubilidad en agua es limitada, sino también porque el complejo de níquel se hace apreciablemente más soluble en alcohol. Dicho precipitado por ser tan voluminoso tiene una gran tendencia a ascender por las paredes del recipiente cuando se filtra y se lava. El sólido se seca fácilmente a 110ºC y su composición es la de su fórmula. El contenido de níquel de la muestra se calculará a partir del precipitado obtenido, mediante un método gravimétrico. El agente precipitante, Dimetilglioxima, da un precipitado rojo voluminoso en presencia del níquel, éste precipitado es soluble en ácidos minerales y poco soluble en agua. Al producirse la reacción aparecen interferencias tales como: • Fe3+, Al3+, Bi3+, Cr3+: se forman hidróxidos en medio amoniacal. Se evitan agregando un tartrato o un citrato soluble. • Fe2+: da una coloración roja. Se evita oxidando con H2O2 o persulfato antes de añadir amoniaco. • Pd2+: En medio clorhídrico o sulfúrico, precipitada Pd(Dmg)2 amarillo, de composición similar al compuesto Ni(Dmg)2 En la práctica se utiliza un enmascaramiento el cual se define como un proceso de eliminación de interferencias por el cual una sustancia es transformada de tal modo que se impiden algunas de sus reacciones normales, sin que se proceda la separación física real de dicha
sustancia ni de sus productos de reacción. Por ejemplo, la adición de ácido tartárico a una solución que contiene hierro (III) impide que este se precipite al adicionar amoníaco. El hierro (III) ha sido enmascarado por formación de un complejo soluble con el ácido hidroxicarboxílico.
3. Materiales y Reactivos Materiales Reactivos Vaso de precipitación Dimetilglioxima, al 1% (p/v) Desecador Ácido Tartárico al 15% (p/v) Vidrio Reloj HCL, 6M Balanza analítica HNO3 0.01M Crisol de Gooch NH3 0.1M Agitador H2O (d) Pinzas para crisol Equipos Termómetro Sorbona Plancha de calentamiento Bomba de vacío Espátula Estufa Kitasato Probeta de 50 ml
4. Procedimiento a) Pese las muestras (al 0.1 mg más cercano que contengan entre b) c)
d) e)
f)
g) h)
30 y 35 mg de níquel) en vasos individuales de 400 ml. Disuelva cada muestra en unos 50 ml de HCl 6M calentando suavemente (utilice campana de extracción). Agregue con cuidado aproximadamente 15 ml de HNO3 6M y hierva poco a poco para expeler cualesquiera óxidos de nitrógeno que se puedan haber producido. Diluya a alrededor de 200 ml y caliente hasta ebullición. Introduzca alrededor de 30 ml de ácido tartárico al 15% y suficiente NH3 concentrado para producir un débil olor a NH3. Haga ligeramente ácidas las soluciones con HCl (no debe haber olor a NH3), caliente de 60-80ºC y adicione alrededor de 20 ml de la solución al 1% de Dimetilglioxima. Agite bien y agregue NH3 6M, hasta que haya un ligero exceso (un tenue olor a NH3), más 1-2 ml adicionales. Digiera los precipitados durante 30-60 minutos. Enfríe al menos durante 1 hora y filtre. Lave los sólidos con agua hasta que los lavados estén libres de Cl- (probar). Lleve los crisoles y su contenido a masa constante a 110ºC. Informe el porcentaje de níquel en la muestra. El precipitado se3co tiene la composición de Ni(C4H7O2N2)2 (288.92 g/mol).
5. Resultados (ac) −¿ O¿ −¿+ AgN O 3( ac ) → ↓ Ag Cl (s )+ N ¿ ¿ Cl(ac)
Fe3+¿ (ac) + N O ( ac ) +2 H 2 O H +¿ (ac) →3 ¿ Fe2+¿ (ac) +4 ¿ O3−¿ ( ac ) +3 ¿ N¿ (ac ) Cl 2 H 2(g ) 2+¿+ 4 H Cl (ac) →∋¿ ¿ ¿(ac) 2−¿ ¿
+¿+¿( H C 4 H 6 O2 N 2)2 2+¿+2 H 2 C 4 H 6 O2 N 2 → 2 H ¿ ¿¿
Masa de muestra de acero (g)
0.100g
Masa de crisol con precipitado (g)
70.1727
Masa de crisol sin precipitado (g)
70.3098
Masa del precipitado=0.1371 g
N2 C 4 H 7 O2 ¿ ¿ N2 C 4 H 7 O2 ¿ ¿ ¿2 ¿ N2 C 4 H 7 O2 ¿ ¿ ¿2 ¿ N2 C 4 H 7 O2 ¿ ¿ 1 mol∋¿ 1 mol∋¿ n¿ =0.1371 g∋¿
1 mol∋¿→ m¿ =0.0278 g∋¿ 58.69 g∋ ¿ ¿ −4 m¿ =4.74 x 10 mol∋x ¿
N2 C 4 H 7 O2 ¿ ¿ ¿ 2 x 100 0.0278 g∋¿ de ∋¿ ¿
6. Análisis de Resultados Se analizó el porcentaje de níquel que está contenida en una muestra de acero, a partir de un método de análisis cuantitativo de gravimetría. El contenido de níquel de una muestra de acero se puede determinar por precipitación del níquel en solución ligeramente alcalina, gracias a la adición lenta de una base débil (Amoníaco) manejando y regulando el pH, con una solución alcohólica de Dimetilglioxima, dando como resultado la siguiente reacción:
La Dimetilglioxima da un precipitado color rojo voluminoso en presencia de níquel. En este tipo de análisis suelen haber diferentes tipos de interferencias que pueden afectar con el resultado final, en este caso,
había interferencias causadas por los iones Fe 3+ presentes en la solución que pudiesen precipitar como hidróxido tras la adición de amoníaco, por lo que se colocó una cantidad de ácido tartárico para acomplejar a este ion y así convertirlo en una sustancia soluble. Debido al carácter voluminoso del precipitado, existe un límite máximo de la cantidad de níquel que se puede manejar adecuadamente; Es fundamental controlar el exceso de DMG, no sólo porque su solubilidad en agua es limitada, sino también porque el complejo de níquel se hace apreciablemente más soluble en presencia de alcohol. Al final se encontró que el porcentaje de Ni obtenido es de 27.8% el cual es relativamente alto, puesto que dependiendo del acero, va a depender su contenido de níquel, pero que ningún tipo de acero supera el 20%, por lo que hubieron errores en la práctica los cuales pueden ser causados por haber dejado en reposo la solución por 1 semana o por que no se llevó a cabo de manera correcta la adición de amoníaco o de DMG, provocando que las interferencias ya mencionadas precipiten y le añadan peso extra al precipitado filtrado.
7. Observaciones
Durante la adición de amoníaco y ácido nítrico, la solución cambió de coloración a un verde oscuro. La adición de ácido nítrico provocó la liberación de una gran cantidad de gases, producto de la excesiva cantidad de muestra que se pesó inicialmente. Se aumentó la temperatura hasta 60°C para que se sobresaturara la solución que causaba la precipitación más lenta del precipitado y por consiguiente un tamaño de partícula adecuado. El pH de la solución luego de la adición de Amoníaco fue básica. La solución con el DMG se lo dejó reposar durante media hora para poder promover el equilibrio del precipitado y la digestión del mismo.
8. Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones
Se puede concluir que se ha podido determinar con éxito el porcentaje de níquel en una muestra de aleación de acero, dando como resultado un 27,8%, el cual fue logrado utilizando muchas de las estrategias ya vistas en el laboratorio y conceptos aprendidos en la teoría como solubilidad, pH, formación de complejos solubles, entre otros fundamentos. Hay que tener en cuenta que no todos los precipitados insolubles son adecuados para el análisis gravimétrico, algunos son importantes en el esquema del análisis cualitativo. Es importante considerar o tener en claro cuáles son las propiedades necesarias
para que el precipitado sea aplicable para un método de precipitación cuantitativa. Se puede concluir que el pH en una disolución, cuando se trata de un análisis químico, posee un efecto muy importante, ya que, dependiendo del pH, muchas especies químicas pueden ser solubles o varias especies química están presentes más que otras, además muchos complejos de metales pueden formarse en la solución siendo muy estables o inestables dependiendo del pH, para así evitar las interferencias que pudiesen afectar el peso del precipitado final.
Recomendaciones
Se recomienda que, durante la toma del peso de la muestra en la balanza analítica, los ventiladores deben permanecer apagados y el mesón donde se encuentra la misma esté libre de movimientos bruscos para así evitar errores de medición. Se recomienda que durante la adición de amoníaco tener cuidado de echarlo muy rápido, esta adición debe ser lenta y con calentamiento, para promover la formación de las respectivas especies químicas que se desean analizar. Es recomendable que, si durante la adición de amoníaco se forma un precipitado en el fondo, agregar un poco más de ácido tartárico para así evitar las interferencias producidas por el hierro. Se recomienda que el calentamiento de la solución, se lleve a cabo en un baño de arena, ya que esta puede atrapar el calor con mayor efectividad que el agua; y que, al ser un mineral puede elevarse a mayores temperaturas que el agua.
9. Bibliografía
Raymond Chang. (2007). Química. México D.F.: McGraw-Hill INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V M. Angelini. (1997). Temas de Química General. Argentina: Editorial Universitaria de Buenos Aires. Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Jr., Bruce E. Bursten, Julia R. Burdge. (2004). Química. La ciencia central. México: PEARSON EDUCACIÓN. Ralph H. Petrucci, William S. Harwood, F. Groffrey Herring. (2003). Química general. Madrid: Pearson Educación, S.A. Glen E. Rodgers. (2009). Química Inorgánica. México: McGrawHill.
10. Anexos
Muestra luego de la adición de ácido nítrico y amoníaco
pH de la solución resultante
Muestra en el baño de arena por 30 minutos
Muestra luego de la adición de DMG Muestra filtrada y puesta en el
