ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] 1. Introducción
El presente informe dará a conocer en forma detallada los procedimientos analíticos y técnicas de un análisis químico cualitativo, que permite la separación e identificación de los cationes una solución de plata, plomo y mercurio. En esta práctica se atacara el primer grupo de reactivos el cual por motivos de análisis lo definiremos como el grupo 1. En el grupo 1 se encuentran en solución diferentes tipos de metales valiosos (el termino valioso se define no conforme al valor monetario, si no conforme al mineral a extraer) entre los cuales destacan: Ag, Pb, Hg Estos metales se encuentran en solución como, Pb(NO 3)2, Ag(NO3) y Hg2(NO3)2 a través del siguiente proceso se podrán identificar así mismo como identificar cada uno de los metales. 2. Objetivo
Observar e identificar las reacciones características de los tres cationes pertenecientes al grupo I (Ag +, Pb+ y Hg+) Determinar si una muestra problema contiene algunos de estos iones.
3. Fundamento teórico
Los escasos Kps de los cloruros de los cationes de este grupo (Ag +, Pb2+, Hg22+, Tl+) permite la separación del resto de los cationes, precipitándolos con Cl -. Esto es debido a que forman compuestos con altos porcentaje de covalencia en su unión (de acuerdo a las reglas de Fajans). No se emplea NH 4Cl u otro Cl- como precipitante porque debido a la presencia de Bi3+, o Sn4+, o Sb3+, que son cationes ácidos, debido a su gran radio iónico y posición en el sistema periódico precipitarían sales básicas por hidrólisis y necesitan medios ácido para que esto no ocurra, y no precipiten compuestos del tipo ClBiO, ClSbO, además para no introducir nuevos iones(o a sales básicas insolubles en agua). Debido a este hecho es que se realiza la precipitación con HCl; y esto trae aparejado que precipiten como óxidos hidratados otros elementos como W (VI), Ta (V), Nb (V). El Mo (VI) no precipita debido a que en exceso de ácido clorhídrico se solubiliza formando un complejo ácido clorado. El As no se hidroliza como el Sb, debido a que es mucho más ácido y reacciona con el agua y da AsO 4-3. Las relaciones periódicas no son muy importantes en este grupo ya que las clasificaciones se basan en la diferencia de solubilidades de los Cl - formados, lo cual tiende a agrupar cationes de tamaño o carga parecida, sin tener en cuenta la similitud de las propiedades generales. El Au+ y el Cu + no se incluyen debido a que son inestables en medio acuoso y pasan a su estado de oxidación mayor y por lo tanto entra en el 3º grupo (Au 3+) y 2º grupo (Cu2+) respectivamente.
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] 4. Materiales y equipo
Muestra problema, que va contener cationes de diferentes grupos.
Reactivos: o
Cromato de Potasio
K2CrO4
o
Yoduro de potasio
KI
o
Hidróxido de Amonio
NH4OH
o
Ácido Clorhídrico
HCl
o
Dicromato de Potasio
K2Cr2O7
o
Ácido Nítrico
HNO3
o
Ácido Sulfúrico
H2SO4
Papel de filtro.
Papel tornasol
8 Tubos de ensayo
Pinza
Embudo
Bagueta
Piceta con agua destilada
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] 5. Procedimiento 1) Precipitación total o completa con HCl (ac) 6N bajo la forma de cloruros
+ HCl(ac) 6M Gota a gota hasta ↓↓ total
o com leta
Filtrado
Papel filtro con ↓↓
AgCl + PbCl2 +Hg2Cl2
2) Separación completa del PbCl 2 mediante el lavado con agua destilada a 100°C
Llenar hasta ¾ del tubo y dividir en 4 tubos
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] 3) Reconocimiento del Pb+2(ac)
Tubo
Reactivo
Resultado
1
K2CrO4(ac)
2
K2Cr2O7(ac)
3
Na2S(ac)
4
KI(ac)
Solución coloidal con precipitado blanco (PbI) Solución coloidal con precipitado negro (PbS) Solución coloidal con precipitado amarillo intenso (PbCrO4) Solución cristalina con precipitado amarillo claro (PbCr2O7)
NOTA: Volver a lavar el precipitado obtenido al inicio con un poco de agua
destilada a 100 °C. Hasta reacción negativa con el Cromato de potasio (K2CrO4(ac)). Verificar que no haya turbidez, ni precipitado de Cromato de plomo (PbCrO4). 4) Acción del NH3 concentrado sobre el precipitado (AgCl + Hg 2Cl2)
Papel filtro con ↓↓
Hg0 + Hg2Cl2 + Hg(NH2)
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES]
Solución con [Ag(NH3)2]+(ac) dividir en 3 tubos
A
Tubo Reactivo A B C
B
C
Resultado
HNO3 (ac) Precipitación blanquecina K2CrO4(ac) Solución amarillenta sin precipitado Turbidez precipitado blanco (AgI) KI(ac)
Adicionalmente, se nos proporciona una muestra de nitrato de plata, para agregarle el cromato de potasio:
Solución con precipitado rojo ladrillo Ag2CrO4
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] 6. Observaciones
Tuvimos que repetir muchas veces el procedimiento del lavado de la solución con agua destilada a 100 °C, pues la solución pasante daba reacción positiva al añadir el cromato de potasio. El precipitado a medida que se desarrollaba la práctica se tornó liliáceo debido a la reacción del AgCl con la luz. El complejo de amoniacal de plata no reaccionó con el cromato de potasio, debido a la solubilidad que tiene en esta sustancia.
7. Cuestionario 1.- a) Explique brevemente con toda claridad ¿Cómo se separan cuantitativamente los cationes de este grupo?
Se tendría que tomar en cuenta las cantidades de la muestra, los reactivos y los precipitados obtenidos para ello habría que utilizar instrumentos de gran sensibilidad puesto que trabajamos normalmente con cantidades muy pequeñas. Tener en cuenta también las reacciones llevadas a cabo para hacer los cálculos estequiométricos adecuados según el procedimiento: Tomamos 1ml de muestra añadiendo 4 gotas HCl 6M para la precipitación de estos como cloruros. Luego de filtrar, lavar el precipitado con 1.5 ml de agua a 100°C para la separación completa del PbCl 2 luego verificamos si la solución obtenida contiene el ion Pb +2 tratándola con algunas sales para el reconocimiento del ion Pb +2, una prueba podría ser añadir 2 gotas de acetato de amonio y 4 gotas de cromato de potasio. Volver a la lavar el precipitado, esta vez con 6 gotas de NH 3(ac) y añadir 4 gotas de agua. Si todo el sólido se disuelve y no se observan partículas obscuras, el sólido era solo AgCl. Si el sólido cambia de gris a negro, contenía Hg 2Cl2, pero también podría contener AgCl y hay que comprobar esto en la solución. La solución filtrada, añadir 10 gotas de NH 3(ac), que puede contener plata, es acidificada con ayuda del tornasol como indicador y gota a gota con HCl 6N. El precipitado, si es de color negro, restante contiene el ion Hg 2+2 que se presenta bajo la forma de [NH2Hg2]Cl que por su inestabilidad se presenta como NH 2HgCl y Hg. b) ¿Qué precaución importante se debe tener? ¿Por qué?
Se debe obtener la precipitación total o completa, especialmente del catión plata, para que no quede restos de este y afecte las demás separaciones; los otros dos cationes, plomo y mercurio no nos preocupamos mucho porque estos también precipitan en el segundo grupo.
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] c) ¿En qué se fundamenta la separación del PbCl 2 del precipitado obtenido?
Se fundamenta en que el PbCl 2 es muy soluble en agua caliente, para lo cual lavamos el precipitado con los 3 cloruros con agua a esta temperatura. Cabe resaltar que la solubilidad del PbCl 2 en agua fría también es bastante notable (10g/l a 20 °C). Por esta causa el Pb +2 no se separa completamente por el HCl; la parte que queda en la solución, precipita junto con los cationes del grupo II en forma de PbS. 2.- Haga un diagrama esquemático, indicando la separación e identificación de los cationes del 1er grupo
MUESTRA
+ HCl
Solución con los demás grupos
Precipitado
AgCl PbCl2 Hg2Cl2 –
–
+ H2O ± 100ºC Filtrar
PbCl2
AgCl - Hg2Cl2
+ NH3(ac) [NH4OH] Filtrar + K 2CrO4
PbCrO4
+ Na2S
+ K 2Cr2O7
Precipitado amarillo
PbS
Precipitado negro
PbCrO4
Precipitado amarillo
+ KI PbI2
Precipitado amarillo intenso
Complejo amoniacal de plata [Ag(NH3)2] + + Cl-
+ K 2CrO4
Sin precipitado
+ KI AgI + 2 NH4OH + HNO3 Acidificar 20 gotas
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AgCl
Dimerización del Hg Hg+ complejo (NH2HgCl) El ennegrecimiento del ppt ocurrió a causa del Hg metálico Ppt Amarillo Ppt Blanco
ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] 3.- Escriba las ecuaciones balanceadas de las reacciones efectuadas Indique los colores de los precipitados obtenidos
PARA EL Pb: Reacción con HCl
Pb2+(ac) + 2Cl-(ac) ↔ PbCl2(s)↓ Blanco
Reacción con el Cromato de potasio
PbCl2(ac) + K2CrO4 (ac) → PbCrO4 (s) ↓ + 2KCl(ac) Amarillo
Reacción con el dicromato de potasio
Pb2+(ac) + Cr2O72-(ac) → 2PbCrO4 (s)↓ + 2H+(ac) Amarillo
Reacción con el ioduro de potasio
PbCl2(ac) + 2KI(ac) → PbI2 (s) ↓ + 2KCl(ac) Pb2+(ac) + I2-(ac) → PbI2(s)↓ Amarillo intenso
Reacción con el sulfuro de sodio
PbCl2(ac) + Na2S(ac) → PbS(s)↓ + 2NaCl(ac) Pb2+(ac) + S2-(ac) → PbS(s) Negro
PARA EL Ag: Reacción con HCl
Ag+(ac) + Cl-(ac) ↔ AgCl(s) Blanco
Reacción con el NH4OH
AgCl(ac) + 2NH4OH(ac) ↔ *Ag(NH3)2]+(ac) + Cl-(ac) + 2H2O [Ag(NH3)2]+(ac) ↔ Ag+ (ac) + 2NH3(ac) [Ag(NH3)2]+(ac) + Cl-(ac) + 2H+ ↔ AgCl(s) + 2NH4+(ac) Blanco
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] Reacción con el KI
[Ag(NH3)2]+(ac) + I-(ac) + 2H2O
→
AgI(s) + 2NH4OH(ac)
Amarillo
PARA EL Hg: Reacción con HCl
(Hg2)2+(ac) + 2Cl-(ac) ↔ Hg2Cl2(s) Blanco
Reacción con el NH4OH
Hg2Cl2(s) + NH4OH(ac) → (NH2Hg2)Cl(s) + NH4+ + 2H2O + Cl(ac) Blanco
(NH2Hg2)Cl(s) → NH2HgCl(s) + Hg+(s) Blanco
Blanco
Negro
4.- a) ¿Cómo se demuestra la presencia del catión mercurioso en la muestra? Solución
Primero se hace precipitar los cationes del I grupo en forma de cloruros, agregando HCl a la solución, luego de ello procedemos a filtrar, el precipitado obtenido son los cloruros del grupo I (AgCl, PbCl 2, Hg2Cl2), luego se procede a lavar el precipitado con agua destilada caliente para disolver el PbCl 2, luego de lo cual nos quedara AgCl y Hg 2Cl2, ahora, adicionando NH 4OH si el precipitado no mantiene su color blanco y cambia a negro entonces podemos afirmar la presencia del catión mercurio.
Papel filtro con ↓↓
Hg0 + Hg2Cl2 + Hg(NH2)
b) ¿Qué es la amalgamación? Solución
"Amalgama" se llaman a todas las aleaciones de metales con Mercurio. El mercurio forma fácilmente aleaciones (amalgama) con muchos metales, sobre todo Oro, Plata y Cobre.
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] El proceso de AMALGAMACIÓN de oro y plata se conoce desde tiempos antiguos, fue primero perfeccionado en América Latina y luego llegó en un proceso de "transferencia tecnológica" hacia Europa. En la mediana y gran minería convencional desde hace décadas la amalgamación ha sido reemplazada por procesos más modernos, y mejor controlables y por lo tanto más seguros. En la pequeña minería artesanal se sigue utilizando el proceso de amalgamación. No existen soluciones tecnológicas, que permiten sustituirlo como proceso de igual manera sencillo, barato y rápido. Sustituirlo -por ejemplo por cianuración- requiere mucho mayor capital de inversión y operación.
c) ¿Cómo afecta los vapores de mercurio en el organismo humano? Solución
El mercurio es un metal líquido que es usado frecuentemente en la separación del polvo de oro en los lavaderos de ese metal. El mercurio metálico, depositado en los fondos de los ríos, es transformado en compuestos organometálicos por acción de una bacteria anaeróbica ( Metanobacterium Las sustancias formadas (clorometilmercurio, amelanskis). hidroximetilmercurio y dimetilmercurio) son absorbibles por los seres vivos y esto permite su entrada en las cadenas alimenticias, su concentración en los peces y los consecuentes daños a la salud. Estos compuestos de mercurio llegan al ser humano especialmente a través del consumo de peces contaminados. Según el Ministerio del Ambiente (MINAM), el pescado que se comercializa en el mercado de Puerto Maldonado tiene hasta tres veces más contenido de mercurio de lo permitido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) para el consumo humano. Un estudio realizado por la Carnegie Institution for Science de los Estados Unidos y la Universidad Técnica de Machala, del Ecuador, concluyó que las especies de peces con mayor concentración de mercurio son la mota punteada, el zúngaro, la chambira y, en menor intensidad, la doncella.
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] Los mineros que trabajan directamente con el mercurio están mucho más expuestos a una grave intoxicación, pues trabajan con técnicas rudimentarias que dejan escapar el vapor de mercurio durante el proceso de obtención del oro. Según la OMS, el mercurio produce daños en los sistemas nervioso, digestivo, respiratorio, inmunológico y renal, así como síntomas variados como temblores, disminución de la visión y de la audición, parálisis, insomnio, inestabilidad emocional, déficit del desarrollo durante la etapa fetal, déficit en la atención y retraso en el desarrollo durante la niñez. El metilmercurio es particularmente venenoso y es responsable de defectos congénitos. El caso histórico más desastroso de envenenamiento ambiental por mercurio se produjo en Minamata (Japón), entre 1963 y 1975, con 10 mil personas afectadas, 703 minusválidos y unos 100 muertos. El genial fotógrafo estadounidense Eugene Smith inmortalizó este terrible episodio de contaminación ambiental.
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] 5.- La constante de inestabilidad del complejo amoniacal de plata, tiene un valor: 7,2 x 10-8 Ag (NH3)2+ Ag+ + 2NH3 Escriba la expresión química de la constante de estabilidad del complejo y calcule su valor. Solución
A cada proceso parcial que se da por la reacción le corresponde una constante de equilibrio de formación de complejo sucesiva, la correspondiente constante de formación global de formación o constante de estabilidad de dicho complejo viene dada por la siguiente expresión: Ag (NH3)2+ Ag+ + 2NH3
[ ] La inversa de la constante de formación de un complejo o de la constante de estabilidad es la constante de inestabilidad o constante de destrucción. Esta constante valora la estabilidad de los complejos de forma que un complejo es tanto más estable cuanto menor sea su constante de inestabilidad.
[ ] 6.- ¿Cuál de las 2 disoluciones saturadas, la del AgCl, cloruro de plata y la del PbCl2, cloruro de plomo, contiene más Cl -, cloruro (en ion –gr/lt)? y ¿Cuántas veces? Kps (AgCl) = 1,7 x 10 -10 constantes del -5 Kps (PbCl 2) = 1,7 x 10 producto de solubilidad Solución
El producto de solubilidad o producto iónico de un compuesto iónico es el producto de las concentraciones molares (de equilibrio) de los iones constituyentes, cada una elevada a la potencia del coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio. AgCl Ag+ + ClKps (AgCl) = [Ag+][Cl-] = [Cl-]2 = 1,7 x 10-10 [Cl-] = 1,3 x 10-5 ion –gr / lt PbCl2 Pb+2 + 2ClKps (PbCl2) = [Pb+2][Cl-]2 = [Cl-]3 / 2 = 1,7 x 10-5 [Cl-] = 32,4 x 10-3 ion –gr / lt
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] Entonces podemos observas que la solución de PbCl 2, cloruro de plomo, contiene más concentración de iones cloruro, Cl -, debido a que su concentración de iones cloruro comparado con la concentración de iones cloruro de la otra solución es muchísimo mayor. Para poder determinar cuántas veces más, hacemos la siguiente operación:
7.- En un matraz aforado o fiola se disuelve una cantidad desconocida de H2SO4, acido sulfúrico, se toman 25 ml de la disolución y se le agrega 30,45 ml de NaOH, hidróxido de sodio, 0,1025M, para neutralizarlo. Calcule la cantidad en gramos de H2SO4 que se han agregado a la fiola. Solución
Una reacción de neutralización es aquella en la que un ácido y una base en solución acuosa, la titulación o valoración de soluciones tiene como principal objetivo determinar la concentración de una solución ácida o básica desconocida denominada solución analizada. El proceso se basa en la neutralización que se lleva a cabo entre las dos soluciones, ya que una es ácida y la otra es básica. Cuando esto sucede se dice que se ha alcanzado el punto de equivalencia. En este punto, el número de equivalentes-gramo del ácido y la base son iguales numéricamente. Para calcular la concentración de la solución analizada debe tenerse en cuenta la igualdad:
Planteando la reacción a analizar: H2SO4 + 2NaOH Na2 (SO4) + 2H2O
Ahora nosotros sabemos que:
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ANÁLISIS QUÍMICO [PRIMER GRUPO DE CATIONES] 8. Conclusiones y/o recomendaciones
El que el precipitado al ser lavado con NH 3(ac) se hiciese negro indica la presencia del Hg0
Cuando reacciono el complejo de plata con el cromato de potasio, el complejo se disolvió en la solución acidificada con el ácido nítrico.
Es importante anotar que el procedimiento empleado es aplicable cuando no se encuentren otros iones que pudieran dificultar los métodos de separación empleados.
No obstante los resultados obtenidos, no se descarta la posibilidad de tener la presencia de cobre y posibles interferencias por el manejo de la marcha, teniendo muy claro que es solo una experiencia cualitativa, dejando de lado estándares que se deberían usar en este tipo de procedimientos.
Con todo lo anterior, expresado en este informe, se puede inferir, que esta es la forma más rápida y fácil de reconocer la presencia de analIto en una muestra y que el aprendizaje de más técnicas nos puede facilitar la predicción de muestras, facilitando el trabajo final.
Por otra parte, todo este conjuntos de pasos que se realizaron, reafirmo los conocimientos adquiridos en clases de química analítica, pudiendo familiarizarse más con las reacciones que se seguirán usando en laboratorio y en general en nuestra vida profesional.
9. Bibliografìa y webgrafía
http://es.wikipedia.org/wiki/Marcha_anal%C3%ADtica
http://www.uclm.es/profesorado/pablofernandez/QG-06equilibrio%20de%20precipitacion/equilibrio%20precipitacion.pdf
http://www.webqc.org/balance.php
Química General - Raymond Chang - 6ta Edición
‘’Semi -microanálisis Químico Cualitativo’’
V.N. Alexeiev
Capítulo VI pag.487---495
‘’Química Analítica Cualitativa’’
Arthur I. Vogel
Capítulo III pag.238---252
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