ANALISIS CUALITATIVO DE LOS CATIONES DEL GRUPO II A 1. OBJETIVO.
Separar e identificar a los cationes del grupo II A. (plomo, mercurio, cobre, cadmio y bismuto)
2. FUNDAMENTO TEÓRICO. El estudio del análisis cualitativo es un estudio de las vías y medios utilizados para identificar sustancias. Específicamente el análisis cualitativo inorgánico se refiere a la identificación de cationes (iones metálicos e ión amonio) y aniones (radicales de ácidos) presentes en sustancias y mezclas de sustancias. Una solución podría ser encontrar un reactivo específico para cada ión que diera una solución coloreada o un precipitado con uno y sólo un catión. Lamentablemente esto sólo es posible en un número limitado de casos, y el principal problema radica en la dificultad para eliminar las interferencias y perturbaciones a la reacción característica de un ión, que ejercen los otros iones. En conclusión, el camino más sencillo para identificar a un catión determinado es que este se encuentre solo, libre de otros cationes. COBRE Su utilidad se debe a la combinación de sus propiedades químicas, físicas y mecánicas, así como a sus propiedades eléctricas y su abundancia. El cobre fue uno de los primeros metales usados por los humanos. El grado del mineral empleado en la producción de cobre ha ido disminuyendo regularmente, conforme se han agotado los minerales más ricos y ha crecido la demanda de cobre. Hay grandes cantidades de cobre en la Tierra para uso futuro si se utilizan los minerales de los grados más bajos, y no hay probabilidad de que se agoten durante un largo periodo. De los cientos de compuestos de cobre, sólo unos cuantos son fabricados de manera industrial en gran escala. El más importante es el sulfato de cobre(II) penta hidratado o azul de vitriolo, CuSO4 . 5H2O. Otros incluyen la mezcla de Burdeos; 3Cu(OH)2CuSO4; verde de París, un complejo de metaarsenito y acetato de cobre; cianuro cuproso, CuCN; óxido cuproso, Cu2O; cloruro cúprico, CuCl2; óxido cúprico, CuO; carbonato básico cúprico; naftenato de cobre, el agente más ampliamente utilizado en la prevención de la putrefacción de la madera, telas, cuerdas y redes de pesca. Las principales aplicaciones de los compuestos de cobre las encontramos en la agricultura, en especial como fungicidas e insecticidas; como pigmentos; en soluciones galvanoplásticas; en celdas primarias; como mordentes en teñido, y como catalizadores. BISMUTO Es el elemento más metálico en este grupo, tanto en propiedades físicas como químicas. Se estima que la corteza terrestre contiene cerca de 0.00002% de bismuto. Existe en la naturaleza como metal libre y en minerales. Los principales depósitos están en Sudamérica, pero en Estados Unidos se obtiene principalmente como subproducto del refinado de los minerales de cobre y plomo. El principal uso del bismuto está en la manufactura de aleaciones de bajo punto de fusión, que se emplean en partes fundibles de rociadoras automáticas, soldaduras especiales, sellos de seguridad para cilindros de gas comprimido y en apagadores automáticos de calentadores de agua eléctricos y de gas. Algunas aleaciones de bismuto que se expanden al congelarse se utilizan en fundición y tipos metálicos. Otra aplicación importante es la manufactura de compuestos farmacéuticos.
El bismuto es un metal cristalino, blanco grisáceo, lustroso, duro y quebradizo. Es uno de los pocos metales que se expanden al solidificarse. Su conductividad térmica es menor que la de cualquier otro metal, con excepción del mercurio. El bismuto es inerte al aire seco a temperatura ambiente, pero se oxida ligeramente cuando está húmedo. Forma rápidamente una película de óxido a temperaturas superiores a su punto de fusión, y se inflama al llegar al rojo formando el óxido amarillo, Bi2O3. El metal se combina en forma directa con los halógenos y con azufre, selenio y telurio, pero no con nitrógeno ni fósforo. No lo ataca el agua desgasificada a temperaturas comunes, pero se oxida lentamente al rojo por vapor de agua. En casi todos los compuestos de bismuto está en forma trivalente. No obstante, en ocasiones puede ser pentavalente o monovalente. El bismutato de sodio y el pentafluoruro de bismuto son quizá los compuestos más importantes de Bi (V). El primero es un agente oxidante poderoso y el último un agente fluorante útil para compuestos orgánicos. CADMIO Elemento químico relativamente raro, tiene relación estrecha con el zinc, con el que se encuentra asociado en la naturaleza. Es un metal dúctil, de color blanco argentino con un ligero matiz azulado. Es más blando y maleable que el zinc, pero poco más duro que el estaño. El cadmio no se encuentra en estado libre en la naturaleza, (sulfuro de cadmio), único mineral de cadmio, no es una fuente comercial de metal. Casi todo el que se produce es obtenido como subproducto de la fundición y refinamiento de los minerales de zinc, los cuales por lo general contienen de 0.2 a 0.4%. En el pasado, un uso comercial importante del cadmio fue como cubierta electro depositada sobre hierro o acero para protegerlos contra la corrosión. La segunda aplicación es en baterías de níquel-cadmio y la tercera como reactivo químico y pigmento. Los compuestos de cadmio se emplean como estabilizadores de plásticos y en la producción de cadmio fosforado. EL MERCURIO Es un metal pesado plateado que a temperatura ambiente es un líquido inodoro. No es buen conductor del calor comparado con otros metales, aunque es buen conductor de la electricidad. Se alea fácilmente con muchos otros metales como el oro o la plata produciendo amalgamas, pero no con el hierro. Es insoluble en agua y soluble en ácido nítrico. Cuando aumenta su temperatura-por encima del los 40 °C - produce vapores tóxicos y corrosivos, más pesados que el aire. Es dañino por inhalación, ingestión y contacto: se trata de un producto muy irritante para la piel, ojos y vías respiratorias. Es incompatible con el ácido nítrico concentrado, el acetileno, el amoníaco, el cloro y los metales. El mercurio es un elemento anómalo en varias de sus propiedades. Es un metal noble, ya que su potencial redox Hg2+/Hg es positivo (+0,85 V), frente al negativo de Cd (-0,40 V), su vecino inmediato de grupo. Es un metal singular con algo de parecido al cadmio, pero es más semejante al oro y al talio. Es el único metal de transición líquido con una densidad tan elevada, 13,53 g/cm3; una columna de 76 cm define una atmósfera, mientras que con agua necesitamos 10m de altura. Su estado líquido en condiciones estándar nos indica que su enlace
metálico es débil y se justifica por la poca participación de los electrones 6s 2 a la deslocalización electrónica en el sistema metálico (efectos relativistas). Aplicaciones
Su uso más antiguo fue en alquimia para ser ingerido: el primer emperador chino, por superstición e ignorancia, lo usaba como medicina pero eso solo deterioró su salud física y mental en lugar de mejorarla. Se creía tal cosa porque es una sustancia liquida pero a la vez metálica (como hierro fundido) de impactante composición, de ahí sus atribuciones mágicas. Es una sustancia que no contiene ninguna parte mística como se creía antaño, sino que contiene -por el contrario- propiedades venenosas y destructivas no creadoras de buena salud en ningún aspecto.
Hoy se ocupa en confección de espejos. Se utiliza también en instrumentos de medición principalmente termómetros (aunque cada vez es más frecuente el uso del galinstano) y tensiómetros, enchufes, rectificadores eléctricos, interruptores, lámparas fluorescentes y como catalizador.
Como ornamento en pequeñas ampolletas.
Otro uso del mercurio es en la denominada lámpara de vapor de mercurio como fuente de luz ultravioleta o esterilizador de agua, así como la iluminación de calles y autopistas. El vapor de mercurio se utiliza también en los motores de turbinas, reemplazando al vapor de agua de las calderas.
Otro uso del mercurio se dirige a la industria de explosivos, y también ha sido notable su uso por los dentistas como compuesto principal en los empastes de muelas, pero que ha sido sustituido hace poco tiempo (en los países más desarrollados), por el bismuto de propiedades semejantes, ligeramente menos tóxico.
También ha tenido usos en medicina a través de mercoquinol (oxiquinolinsulfonato de mercurio) y del hidrargirol (parafeniltoniato o parafenolsulfonato de mercurio), este último como antiséptico, al igual que otro muchos como el hidrargol, el hidrargiroseptol, el yoduro mercúrico, el cloroyoduro mercúrico, el mercuriol, etc.
PLOMO El plomo es un elemento químico de la tabla periódica, cuyo símbolo es Pb (del latín Plumbum) y su número atómico es 82 según la tabla actual, ya que no formaba parte en la tabla de Dmitri Mendeléyev. Este químico no lo reconocía como un elemento metálico común por su gran elasticidad molecular. Cabe destacar que la elasticidad de este elemento depende de las temperaturas del ambiente, las cuales distienden sus átomos, o los extienden. El plomo es un metal pesado de densidad relativa o gravedad específica 11,4 a 16 °C, de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad. Su fusión se produce a 327,4 °C y hierve a 1725 °C. Las valencias químicas normales son 2 y 4. Es relativamente resistente al ataque de ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, aunque se disuelve con lentitud en ácido nítrico y ante la presencia de bases nitrogenadas. El plomo es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico. Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos.
Aplicaciones El plomo es uno de los metales que desde más antiguo conocieron y emplearon los hombres tanto por lo mucho que abunda como por su facilidad de fundirse. Suponen que Midácritas fue el primero que lo llevó a Grecia. Plinio el Viejo dice que en la antigüedad se escribía en láminas u hojas de plomo y algunos autores aseguran haber hallado muchos volúmenes de plomo en los cementerios romanos y en las catacumbas de los mártires. El uso de escribir en láminas de plomo es antiquísimo y Pausanias menciona unos libros de Hesíodo escritos sobre hojas de dicho metal. Se han encontrado en York (Inglaterra) láminas de plomo en que estaba grabada una inscripción del tiempo de Domiciano.[4] En el Imperio romano las cañerías y las bañeras se recubrían con plomo o con cobre. En la Edad Media se empleaban grandes planchas de plomo para las techumbres y para revestir la armazón de madera de las flechas o torres. También se fundían en plomo muchos medallones, mascarones de fuentes, etc. y había también fuentes bautismales de plomo. En 1754 se halló en la alcazaba o alcaicín de Granada una lámina de plomo de 30 pulgadas (76,2 cm) de largo y 4 (10,16 cm)de ancho con tres dobleces y entre ellos, una cruz y en 17 del mismo mes y año un libro de hojas de plomo escritas. Los caracteres de estos descubrimientos persuadieron de que eran de una fecha anterior al siglo VIII.[4] En la actualidad Su utilización como cubierta para cables, ya sea la de teléfono, de televisión, de internet o de electricidad, sigue siendo una forma de empleo adecuada. La ductilidad única del plomo lo hace particularmente apropiado para esta aplicación, porque puede estirarse para formar un forro continuo alrededor de los conductores internos. El uso del plomo en pigmentos sintéticos o artificiales ha sido muy importante, pero está decreciendo en volumen. Los pigmentos que se utilizan con más frecuencia y en los que interviene este elemento son:
El blanco de plomo (conocido también como albayalde) 2PbCO3.Pb(OH)2
Sulfato básico de plomo
El Tetróxido de plomo también conocido como minio.
cromatos de plomo.
El silicatoeno de plomo (más conocido en la industria de los aceros blandos)
Se utilizan una gran variedad de compuestos de plomo, como los silicatos, los carbonatos y sales de ácidos orgánicos, como estabilizadores contra el calor y la luz para los plásticos de cloruro de polivinilo. Se usan silicatos de plomo para la fabricación de frituras (esmaltes) de vidrio y de cerámica, las que resultan útiles para introducir plomo en los acabados del vidrio y de la cerámica. La azida de plomo, Pb(N3)2, es el detonador estándar para los explosivos plásticos como el C-4 u otros tipos de explosivos H.E. (Highly Explosive). Los arseniatos de plomo se emplean en grandes cantidades como insecticidas para la protección de los cultivos y para ahuyentar insectos molestos como lo son cucarachas, mosquitos y otros animales que posean un exoesqueleto. El litargirio (óxido de plomo) se emplea mucho para mejorar las propiedades magnéticas de los imanes de cerámica de ferrita de bario.
Asimismo, una mezcla calcinada de zirconato de plomo y de titanato de plomo, conocida como PETE, está ampliando su mercado como un material piezoeléctrico. 3. MATERIALES Y REACTIVOS
Vaso de precipitado
Varilla de vidrio
Embudo
Tubos de ensayo
Piceta
Gradilla
Goteros
Papel filtro
Espátula
Capsula de porcelana
Reactivos
Sulfuro de sodio (Na2S)
Ácido nítrico (HNO3)
Ácido sulfúrico (H2SO4)
Cloruro estannosos (SnCl2)
Acetato de amonio (CH3COONH4)
Ácido acético (CH3COOH)
Amoniaco concentrado (NH3)
Hidróxido de sodio (NaOH)
Cromato de potasio (K2CrO4)
Cianuro de potasio (KCN)
Sulfuro de amonio (NH4)2S
Equipo
Plancha electrica
4. PROCEDIMIENTO.
A la muestra entregada para la realización de la practica se le añadio gota a gota la solución de sulfuro de hidrógeno hasta que ya no se forme mas precipitado
Filtrar (A) y lavar con agua.
El precipitado se recupera del papel filtro con acido nítrico, en una capsula de porcelana, luego calentar hasta que se observe una pastosidad.
Disolver la pastosidad con unas gotas de agua caliente y filtrar(B).
Después de la filtración (B) al precipitado se le añade unas 3 gotas de ácido clorhídrico concentrado, 3 gotas de ácido nítrico concentrado, posteriormente se calienta en una capsula de porcelana para luego filtrar, al filtrado se le agrega cloruro de estannoso esto para poder identificar el mercurio.
al filtrado que se obtuvo en la filtración B, se le agregó una 3 gotas de ácido sulfúrico concentrado, calentar y disolver con agua
para posteriormente filtrar (C), lavar con ácido sulfúrico diluido. Al
precipitado obtenido se le añade 3 gotas de la solución formada por acetato de amonio y acido acético, luego agregar el cromato de potasio, para poder identificar el plomo. Seguidamente el filtrado obtenido en esta etapa, se le agrega amoniaco concentrado hasta medio básico (cuando la solución toma un color azul, esta solución se separa en tres tubos A,B,C.
La coloración azul del tubo A nos indica la presencia de cobre, al tubo B se le agrega unas gotas de cianuro de potasio, hasta la decoloración después agregar unas 3 a 5 gotas de sulfuro de amonio para identificar la presencia de cadmio, observar la formación del precipitado.
Al tubo C añadir unas 2 a 5 gotas de la solución formada por hidróxido de sodio con cloruro estannoso hasta que se forme el precipitado, esto para poder identificar el bismuto.
5. REACCIONES. Para el mercurio Hg+2 + H2S→ Hg S + 2 H⁺ Hg S + 2HCl → HgCl2 +2H⁺ +2NO3ˉ HgCl2 + 2 HNO3 → Hg(NO3)2+ 2H⁺ + 2Clˉ Hg(NO3)2 + SnCl2→ Hg Cl2 + Sn ⁺² +2NO3 Para el plomo Pb+2+ H2S→ Pb S + 2 H⁺ Pb S + 2HNO3 → Pb(NO3)2 + 2H ⁺ + Sˉ² Pb(NO3)2 + H2SO4→ Pb SO4 + 2H⁺ +2NO ₃ˉ Pb SO4+2(NH4)Ac→ Pb Ac2+ 2NH4⁺ +SO₄ˉ² Pb Ac2+2H Ac→ Pb Ac2 +2H⁺ + 2Acˉ Pb Ac2+K2CrO4→ Pb CrO4 + 2K⁺ +2 Acˉ Para el cobre Cu+2+ H2S→ Cu S + 2 H⁺ Cu S + 2 HNO3 → Cu(NO3)2 + 2H⁺ + Sˉ² Cu(NO3)2+ H2SO4→ Cu SO4+2H⁺ +2NOˉ3
Cu SO4+4NH3→ [Cu(NH3)₄] ⁺² + SOˉ²₄
Para el cadmio Cd+2+ H2S→ Cd S+ 2 H⁺ Cd S + 2HNO3 →
Cd(NO3)2 + 2H⁺ + Sˉ²
Cd(NO3)2+ H2SO4→ Cd SO4+2Hˉ +2NO₃ˉ Cd SO4+2NH3→ [Cd(NH3)₄]⁺² + SO4ˉ² [Cd(NH3)₄]⁺² +2KCN→ Cd(CN)2+2K ⁺ +4NH3 Cd(CN)2+ (NH4)2S→ Cd S +2 NH4 ⁺ + 2CNˉ Para el bismuto 2Bi+3+3 H2S→ Bi2 S3 + 6H⁺ Bi2 S3 + 6 HNO3 → 2 Bi(NO3)3 + 6 H⁺ +3 Sˉ² 2 Bi(NO3)3+3 H2SO4→ Bi2(SO4)3+6H⁺ +3NO₃ˉ Bi2(SO4)3+3NH₄ OH→2 Bi(OH)3+ 3SO4ˉ² + 3NH₄⁺ Bi(OH)3+3NaOH→ Bi(OH)3+3Na⁺+3OHˉ 2Bi(OH)3+3 SnCl2→ 2Bi Cl3 + 3Sn⁺² +6OHˉ 6. OBSERVACIONES
La muestra proporcionada para la identificación de los cationes del grupo II A es una solución incolora, al igual que la solución de sulfuro de hidrógeno.
Cuando a la muestra se le añade el acido sulfhídrico, se forma rápidamente un precipitado granulado de color negro, el cual se sedimenta de inmediato.
Se calienta la solución que contiene al precipitado para poder liberar los sulfuros.
Se agrega mas gotas de acido sulfhídrico para poder obtener mayor cantidad de precipitado.
La pastosidad que se formo cuando se procedió a calentar el precipitado, tenía un color verdoso, del cual una pequeña parte se disuelve con el agua caliente y la otra parte forma un precipitado de color crema que nos va a servir para el análisis del mercurio. El filtrado obtenido se presenta como una solución incolora, el cual nos sirve para hacer el análisis del plomo, cobre, cadmio, bismuto. Mercurio
Al precipitado cuando se añadió gotas de la solución formada por HCl, HNO3, Y SnCl2 se formo de inmediato el precipitado de color gris esto nos indica la presencia de mercurio.
Cuando se añadió acido sulfúrico concentrado al filtrado que se obtuvo anteriormente, se observo la formación una pequeña cantidad de precipitado, el cual nos sirve para el análisis del PLOMO. PLOMO
El cual se disolvió con la solución de acetato de amonio (gránulos de color blanco casi transparentes) con acido acético (solución incolora), pero al momento de añadir unas 2 a 3 gotas de cromato de potasio, se observo la formación de un precipitado coloidal de color amarillo.
El filtrado que se obtuvo en esta etapa nos sirve para la identificación del cobre, cadmio y bismuto.
Se añadió a este filtrado, gotas de amoniaco concentrado hasta que se observo el cambio de color en la solución de incolora a azul, esto nos indica que la solución es básica. COBRE
El color azul nos indica la presencia del cobre.
CADMIO
La solución azul se decolora cuando se le añade gotas de cianuro de potasio, pero cuando se agrega el sulfuro de amonio se observa la formación de un precipitado granulado de color amarillo pálido, que se sedimenta rápidamente.
BISMUTO
Se prepara una solución de hidróxido de sodio con cloruro estannoso (solución incolora), para añadir a la solución de color azul, que inmediatamente reacciona y forma un precipitado de color blanco grisáceo.
7. CONCLUSIONES.
Asiendo un análisis de las observaciones realizadas, estas nos indican que las coloraciones de las soluciones y los precipitados formados son propiedades valiosas para la identificación de los cationes.
Entonces en el caso del mercurio se obtuvo un precipitado de color gris que correspondía al cloruro de mercurio, en el plomo se obtuvo un precipitado de color amarillo que correspondía al cromato de plumboso, para el cobre se obtuvo una solución de color azul que pertenecía al sulfato de tetraamin cobre II y en el ultimo catión bismuto se notó la formación de un precipitado blanco grisáceo, el cual nos indicaba la presencia de bismuto en forma de cloruro de bismuto.
Se cometió una serie de errores al momento de realizar la experimentación, como por ejemplo al momento de realizar el filtrado, el calentamiento, el lavado, pero según las observaciones y el análisis realizado afectaron en un mínimo porcentaje, a la hora de obtener los productos indicados.
8. CUESTIONARIO.
Desarrolle las fórmulas de los reactivos especifcos y de identificación del grupo II A.
Acido nítrico HNO₃
Acido sulfhidrico H₂S Acido clorhídrico HCl Acido sulfúrico H₂SO₄ Acetato de amonio (NH₄)Ac Acido acético HAc Amoniaco NH₃ Cianuro de potasio KCN Hidróxido de sodio NaOH Reactivos de identificación Cloruro de estaño SnCl₂ Cromato de potasio K₂CrO₄ Amoniaco NH₃ Sulfuro de amonio (NH₄)₂S
¿Cuál es la propiedad química que se utiliza para la separación del plomo del resto de los cationes. La precipitación
Demuestre por medio de los cálculos si se precipita o no el PbS de una solución saturada de PbSO 4 con pH 1.5 cuando se satura con H2S.
9. BIBLIOGRAFIA:
Rivera Gomez Alma Rocio Manual de laboratorio de Química Analítica pag. 27- 35.
Carrasco luis
http://www.mcgraw-hill.es/BCV/Tabla_periodica/mc.html
QUIMICA EXPERIMENTAL editorial arcángel. Pag 66,67
FLUJOGRAMA Hg+2,
H2S
HgS,
PbS,
HgS,
F
Filtrado de se desecha
Pb+2, Cu+2, Cd+2, Bi+3
CuS,
PbS,
CdS,
CuS,
Bi₂S₃
CdS, Bi₂S₃
HNO3
HCl, HNO3,H2O
F
HgS
Pb+2, Cu+2, Cd+2, Bi+3
F
Desechar
SnCl2
H2SO4 concentrado
Hg(NO3) 2
F
NH4Ac, HAc
PbSO4
Hg Cl2 PbAc2
NH3
K2CrO4
Cu+2, Cd+2, Bi+3 Pb CrO4
F
[Cu(NH3)₄] SO₄
[Cd(NH3)2 ]⁺⁺
KCN, NH4S
Bi(OH)3
NaOH, SnCl2
Sol. Color azul
CdS precipitado amarillo
BiCl3 precipitado gris
