OBJETIVOS:
- Separar e identificar los cationes del grupo del Hierro aplicando los procedimientos analíticos propios de una marcha sistemática de cationes de este grupo.
- Conocer las reacciones que se producen para la identificación de los elementos que componen la muestra.
FUNDAMENTO TEORICO: Se incluyen en este grupo los cationes de Fe 2+, Fe3+, Cr 3+ y Al3+ que precipitan en presencia de cloruro amónico con los reactivos de hidróxido de amonio y ácido sulfhídrico. Con NH4Cl y NH4OH precipitan aquellos cationes cuyos hidróxidos tienen un Ph tan pequeño que aun en presencia de abundante cantidad de sales amoniacales, tales son: Fe3+, Cr 3+ y Al 3+. Los restantes cationes no precipitan en estas condiciones porque no se alcanza el producto de solubilidad de sus hidróxidos por la escasa concentración de iones OH- , disminuida por el efecto del Ion común proporcionado por el NH 4Cl (Mn2+ y Mg 2+) y porque a esta acción se suma la formación de complejos amoniacales (Ni 2+, Co2+, Zn2+). Con ácido sulfhídrico, en presencia de los reactivos anteriores, el Al 3+ y Cr 3+ quedan en forma de hidróxidos, mientras que el Fe 3+, Ni2+, Co 2+, Mn2+, Zn2+ precipitan como sulfuros, en medio alcalino la concentración de Ion S 2- es mucho mayor que en medio ácido, y por ello se consigue precipitar estos sulfuros más solubles que no podían precipitar en el segundo grupo. En la precipitación de este grupo siempre se presentan dos posibilidades: 1. Precipitar con H 2S en medio amoniacal, con lo que se tiene un precipitado constituido por los sulfuros de Fe, Ni, Co, Mn y Zn por los hidróxidos de Al y Cr. En solución quedan los grupos cuarto y quinto. 2. Precipitar primero con hidróxido amoniaco y cloruro amoniaco; filtrar y en la disolución precipitar con sulfhídrico. El tercer grupo queda así dividido en dos subgrupos: el III-A , con Al 3+ ,Fe3+ y Cr 3+, y el III-B , con Mn 2+, Ni2+, Co2+ y Zn2+ . El primer procedimiento de separación presenta ciertos inconvenientes entre ellos los que se derivan de la acumulación de un gran número de elementos en un solo precipitado de la dificultad de reconocer en él elementos frecuentes cuya identificación puede interesar, y la de exigir una eliminación previa del anión fosforito en el caso de existir. Por esto, adoptamos el segundo procedimiento. No obstante, el primer método es aconsejable en determinadas circunstancias, particularmente cuando existe gran cantidad de CO2 .por esta razón, insertamos un esquema del procedimiento a continuación de la marcha adoptada por nosotros.
La separación en dos sub grupos presenta también ciertas dificultades .el poder adsorbente de los hidróxidos del primer sub grupo, particularmente del Cr(OH) 3 puede originar el arrastre de otros cationes extraños al grupo , que no se eliminan por lavado, por otra parte , un exceso indebido de NH 4OH seria causa de disolución parcial del Cr por formación del complejo amoniacal , o de precipitación de parte de Al(OH) 3. Sin embargo, operando en las condiciones que indicamos en el procedimiento, estos errores quedan casi totalmente eliminados. incluso puede realizarse una purificación del precipitado de hidróxido es abundante , en lugar oportuno , como se indica en la parte experimental , y una vez reconocida en la presencia de Cr 3+ y Mn2+ , que son los cationes de mayor poder retentivo . Más difícil de evitar es la presencia de Manganeso en este primer sub grupo, de vida, principalmente, al aumento del potencial reductor del sistema Mn 4+/Mn2+, en medio alcalino, bastando la simple acción del oxigeno atmosférico para que el Mn 2+ pase a la valencia 4 y quede en parte precipitado en forma de ácido manganoso H 2MnO3 o de manganito, manganoso Mn 2O3 o bien formando manganitos de diversos los cationes del sub grupo III-B y de los alcalino térreos. Este arrastre del Mn 2+ es particularmente abundante en presencia de bastante Fe 3+; pero reducirse considerablemente filtrando o centrifugando rápidamente el precipitado y evitando su contacto con el aire. Presencia de sustancias incompatibles, la correcta precipitación de este grupo se ve perturbada por presencia de: a) Materia orgánica fija: impide la precipitación de los hidróxidos por formar complejos con los cationes trivalentes, o por actuar de coloide protector. b) Los aniones silicato, oxalato, fluoruro, borato y fosfato, puede formar sales insolubles, al alcalinizar el problema con amoniaco, con los cationes de este grupo, del cuarto y, a veces, del magnesio. También para reconocer el hierro en este grupo, de forma más avanzada, se disuelve ese precipitado en HCl y se divide en dos posiciones: a una de ellas se le añade KSCN (si existe hierro se origina un precipitado de color rojo escarlata intenso), y al la otra porción se le añade K 4Fe(CN)6 (si existe hierro se forma un precipitado de color azul oscuro azul de Prusia). A la disolución que contiene el aluminio y el cromo añadimos HCl hasta pH neutro; a continuación se le añade NH 3 y precipita Al(OH) 3; para poder verse esta disolución se le echa rojo Congo, añadimos HCl, el rojo Congo pasa a color azul, añadimos NH3, el rojo Congo azul vuelve a ser rojo y el Al(OH)3 se vuelve rojo.
2+
REACCIONES DEL IÓN FERROSO Fe : Utilizamos una solución de sulfato ferroso FeSO 4 1.
Con Solución de Hidróxido de Sodio: Se produce un precipitado blanco de hidróxido ferroso, Fe(OH) 2, insoluble en exceso de reactivo; pero soluble en ácidos. Este precipitado se oxida rápidamente a hidróxido férrico de color pardo rojizo, Fe(OH)3, por acción del oxigeno del medio ambiente. FeSO4 + 2NaOH Fe(OH)2 + Na2SO4 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 4Fe(OH)3
2.
Con Solución de Hidróxido de Amonio: En ausencia completa de aire, se obtiene un precipitado blanco de hidróxido ferroso. FeSO4 + 2NaOH Fe(OH)2 + (NH)4SO4
3.
Con Sulfuro de Sodio: En medio ácido no se forma ningún precipitado; en un medio neutro hay una precipitación parcial de sulfuro ferroso de color negro, FeS. En un medio alcalino, se obtiene un precipitado negro de sulfuro ferroso. FeSO4 + H2S FeS + H2SO4
4.
Con Solución de Sulfuro de Amonio: Se produce un precipitado negro de sulfuro ferroso, soluble en ácidos. FeSO4 + (NH)4S FeS + (NH)4SO4 FeS + HCl
5.
FeCl2 + H2S
Con Solución de Cianuro de Potasio: Se produce un precipitado pardo amarillento de cianuro ferroso, Fe(CN) 2, soluble en exceso de reactivo debido a la formación de ferrocianuro de potasio. FeSO4 + 2KCN
Fe(CN)2 + K2SO4
Fe(CN)2 + 4KCN K4[Fe(CN)6]
6.
Con Solución de Ferrocianuro de Potasio: En ausencia de aire se obtiene un precipitado blanco de ferrocianuro ferroso, Fe 2 [Fe(CN) 6]. 2FeSO 4 + K4[Fe(CN)6]
7.
Fe2[Fe(CN)6] + 2K2SO4
Con Solución de Ferricianuro de Potasio: Se obtiene un precipitado azul oscuro de ferrocianuro ferroso, llamado azul de Turnbull, Fe 3[Fe(CN)6]2, soluble en hidróxidos alcalinos. 3FeSO 4 + 2K3[Fe(CN)6] Fe3[Fe(CN)6]2 + 3K2SO4 Fe3[Fe(CN)6]2 + 6KOH
8.
2K3[Fe(CN)6] + 3Fe(OH) 2
Con Solución de Sulfocianuro de Amonio: No se produce ningún precipitado, diferencia de Fe 3+.
REACCIONES DEL IÓN FÉRRICO Fe 3+: Se utiliza una solución de cloruro férrico, Fe Cl 3 1.
Con Sulfuro de Hidrogeno: La sal férrica se reduce a sal ferrosa con separación de azufre.
2FeCl3 + H2S 2FeCl2 + 2HCl + S 2. Con Solución de Hidróxido de Amonio: Se obtiene un precipitado gelatinoso pardo rojizo de hidróxido férrico, Fe (OH) 3, soluble en ácidos. Por calentamiento fuerte prolongado se convierte en óxido férrico.
FeCl3 + 3NH4OH Fe(OH)3 + 3NH4Cl
2Fe(OH)3 + calor Fe2O3 + 3H2O
3. Con Solución de Hidróxido de Sodio: Se produce un precipitado pardo rojizo de hidróxido férrico insoluble en exceso de reactivo, diferencia del aluminio y cromo.
FeCl3 + 3NaOH
Fe(OH)3 + 3NaCl
4. Con Solución de Sulfuro de Amonio: En medio alcalino se produce un precipitado negro de sulfuro férrico, Fe 2 S3, soluble en ácido clorhídrico diluido.
FeCl3 + 3(NH4)2S Fe2S3 + 6NH4Cl
Fe2S3 + 4HCl
2FeCl2 + S + 2H2S
5. Con Solución de Ferrocianuro de Potasio: En soluciones neutras o ligeramente ácidas se produce un precipitado azul intenso de ferrocianuro férrico, llamada azul de Prusia, Fe 4[Fe(CN)6]3.
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN6)]
Fe4[Fe(CN6)]3 + 12KCl
6. Con Solución de Ferricianuro de Potasio: Se produce una coloración parda debida a la formación de ferricianuro férrico, Fe[Fe(CN) 6].
FeCl3 + K3[Fe(CN6)]
Fe[Fe(CN6)] + 3KCl
7. Con Solución de Sulfocianuro de Amonio: Se obtiene una coloración rojo sangre de ferrisulfocianuro férrico, Fe[Fe(CNS) 6].
2FeCl3 + 6NH4CNS
Fe[Fe(CNS) 6] + 6NH 4Cl
3+
REACCIONES DEL IÓN ALUMINO Al : Se utiliza una solución de cloruro de aluminio, AlCl 3 1. Con Solución de Hidróxido de Amonio: Se produce un precipitado blanco gelatinoso de hidróxido de aluminio, Al(OH) 3, soluble en ácidos.
AlCl3 + 3NH4OH Al(OH)3 + 3NH4Cl 2. Con Solución de Hidróxido de Sodio: Se obtiene un precipitado blanco de hidróxido de aluminio, en exceso de reactivo con formación de aluminato de sodio, NaAlO 2.
AlCl3 + 3NaOH
Al(OH)3 + 3NaCl
Al(OH)3 + NaOH
NaAlO2 + 2H2O
3. Con Solución de Sulfuro de Amonio: Se obtiene un precipitado blanco de hidróxido de aluminio, debido a la hidrólisis del sulfuro de aluminio en presencia de agua.
2AlCl 3 + 3(NH4)2S
Al2S3 + 6NH4Cl
Al2S3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2S 4. Con Solución de Acetato de Sodio: Con exceso de reactivo y en caliente se obtiene un precipitado blanco de acetato básico de aluminio.
AlCl3 + 3CH3COONa
Al(CH3COO)3 + 3NaCl
Al(CH3COO)3 + 2H2O Al[CH3COO(OH) 2] + 2CH3COOH 5. Con Solución de Fosfato de Sodio: Se obtiene un precipitado gelatinoso blanco de fosfato de aluminio, AlPO 4, soluble en ácidos e hidróxidos alcalinos.
2AlCl 3 + 4Na2HPO4
AlPO4 + 4Na2OH
2AlPO 4+ 6NaCl + 2NaH 2PO4
NaAlO2 + NaPO4 + 2H2O
6. Con Solución de Carbonato de Sodio: Se obtiene un precipitado blanco de hidróxido de aluminio, soluble en exceso de reactivo, lo que se atribuye a la hidrólisis completa del carbonato de aluminio inicialmente formado.
2AlCl 3 + 2Na2CO4
Al2(CO3)3+ 6NaCl
Al2(CO3)3 + 3H2O
2Al(OH) 3 + 3CO2
2Al(OH)3 + Na2 CO3 2NaAlO2 + 3H2O + CO2
REACCIONES DEL IÓN CROMO Cr 3+: Se utiliza una solución de cloruro de cromo: CrCl 3 1. Con Solución de Hidróxido de Amonio: Se obtiene un precipitado verde azulado de hidróxido crómico, Cr(OH) 3.
CrCl3 + 3NH4OH
Cr(OH)3 + 3NH4Cl
2. Con Solución de Hidróxido de Sodio: Se obtiene un precipitado verde azulado de hidróxido crómico, soluble en exceso de reactivo formándose una solución verde de cromito de sodio.
CrCl3 + 3NaOH
Cr(OH)3 + NaOH
Cr(OH)3 + 3NaCl
NaCrO2 + 2H2O
3. Con Solución de Sulfuro de Amonio: Se produce un precipitado verde de hidróxido de cromo. La explicación es similar a la del aluminio.
2CrCl3 + 3(NH4)2S
Cr 2S3 + 6H2O
Cr 2S3 + 6NH4Cl
2Cr(OH) 3 + 3H2S
4. Con Solución de Carbonato de Amonio: Se produce un precipitado verde azulado de hidróxido de cromo.
2CrCl3 + 3Na2CO3
Cr 2(CO3)3 + 6NaCl
Cr 2(CO3)3 + 3H2O 2Cr(OH)3 + 3CO2
5. Con Solución de Fosfato Disódico: Se obtiene un precipitado verde de fosfato de cromo, Cr PO4, debido a la oxidación del Cr 3+ a Cr 6+.
CrCl3 + 2Na2HPO4
CrPO4 + 3NaCl + NaH2PO4
6. Con peróxido de de sodio: Se produce una solución amarilla de cromato de sodio Na2CrO4, debido a la oxidación del Cr 3+ y Cr +5.
2CrCl3 + 2Na2O2 + 4NaOH
2Na2CrO4 + 6NaCl + 2H 2O
Al filtrado del segundo grupo (cobre y arsénico) que pueden contener los cationes del grupo del hierro, se agrega 2g de cloruro de amonio por cada 10ml de solución, se lleva a ebullición y se agrega lentamente solución diluida de hidróxido de amonio, hasta que se comience a percibir el olor de amoniaco y por último se hierve de 1 a 2 minutos, se filtra inmediatamente y se lava. El residuo puede contener Fe(OH) 3, Al(OH)3, Cr(OH)3 y algo de MnO(OH) 2; se suspende el precipitado con un poco de agua y se le agrega de 1 a 2 gramos de peróxido de sodio o un exceso de NaOH y 5ml de H 2O2, hervirlo hasta la efervescencia, se filtra y se lava. Si el residuo se disuelve en HCl diluido con K 4[Fe(CN6)] y el precipitado es azul entonces hay presencia de hierro. Si el residuo se disuelve en HNO 3 con 1g de PbO 2 hervido de 1 a 2 minutos, si la solución es violeta entonces hay presencia de Manganeso. Si el filtrado es amarillo se divide en dos porciones, a uno a se le agrega ácido acético y solución de acetato de plomo, si el precipitado es amarillo hay presencia de cromo; al otro se acidifica con HCl y luego se le agrega NH 4OH calentando hasta la ebullición, si el precipitado es blanco gelatinoso hay presencia de aluminio.
MATERIALES Y REACTIVOS:
- Agua destilada.
- FeCl3
- Tubos de ensayo.
- AlCl3
- Pipeta.
- CrCl3
- Varilla de Vidrio.
- MnCl2
- Papel filtro
- NH4OH
- Papel tornasol
- HCl
- Embudo
- NaOH
- Matraz
- CH3COOH
- Cocina eléctrica
- K4[Fe(CN)6]
- Pinzas / Tubo
- Na2CO3
- Pinzas / Vaso
- (NH4)2S
- Vasos
- (NH4) CNS
- Matraz
- K3 [Fe(CN)6] - Na2S - KCN
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Prim era Parte
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A la muestra dada se añaden a continuación 2gr de NH 4Cl por cada 10 ml de solución, se calienta y se añade gota a gota NH 4OH concentrado. , agitar suavemente y probar con papel tornasol.
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Cuando ya no está acido agregar 2 gotas de NH 4OH cc. Y calentar por 1-2 min.
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Filtramos en caliente y lavamos con solución amoniacal, obteniendo un precipitado gelatinoso.
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La solución obtenida del filtrado contienen los cationes del grupo III-B, IV y V, se prueba adicionando una gota mas de NH 4OH y guardar rápidamente en un frasco, para su posterior análisis.
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El precipitado gelatinoso puede contener: Fe(OH) 3, Cr(OH)3, Al(OH)3, MnO(OH)2
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Vertemos en un vaso y adicionamos agua con 1g de Na 2O2, y lo hervimos hasta la efervescencia
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Dividimos en cuatro porciones: dos con un precipitado para identificar el Fierro y manganeso; las otras dos acuosas para identificar el aluminio y cromo.
Segund a Parte
Reconocimiento del hierro: A una de las porciones con precipitado se le destina para la identificación del Fierro, se disuelve con HCl, luego se lleva a calentamiento hasta disolución del precipitado. Luego a la solución férrica se agrega de 4 a 5 gotas de una solución de K 4[Fe(CN)6] ferrocianuro de potasio, si existe hierro, se forma un precipitado azul Fe 4[Fe(CN)6]. En todo caso a la porción de solución férrica, se adiciona de 4 a 5 gotas de tiocianato de amonio: NH4CNS y a la aparición de una coloración roja intensa indica que existe hierro Fe[Fe(CNS) 6]. Reconocimiento del Manganeso: A la otra porción con precipitado se le destina para la identificación de Manganeso, se disuelve con HNO 3 y un gramo de PbO2, luego se le somete a calor por 1 o 2 minutos y se deja reposar, si la solución se torna color violeta, entonces hay presencia de manganeso HMnO 4. Reconocimiento del aluminio: A una de las porciones con solución se le destina para la identificación de Aluminio; se le adiciona HCl y NH 4OH, si se forma un precipitado blanco gelatinoso, que en muchas ocasiones no se logra sedimentar, entonces existe presencia de aluminio Al(OH) 3. Reconocimiento del cromo: A la otra porción con solución se le destina para la identificación de cromo; se le adiciona CH3COOH y Pb(CH3COO-)2, si existe un precipitado color amarillo entonces indica la presencia de cromo PbCrO 4.
RESULTADOS: Prim era Parte
- Después de disolver el precipitado con agua y peróxido de sodio, filtramos y obtuvimos un precipitado negro y una solución amarilla, lo cual indicaba que posiblemente teníamos: Fe(OH) 3, Cr(OH)3, Al(OH)3, MnO(OH)2.
- Se dividió en cuatro porciones: Dos con precipitado para analizar la existencia de Fierro y Manganeso, y dos con solución amarilla para determinar la existencia de aluminio y cromo. Segund a Parte
- A una de las porciones con precipitado se le agregó HCl y K 4[Fe(CN)6], dando como resultado un precipitado azul, confirmando la presencia de hierro. Para cerciorarnos de nuestro resultado también se realizo la prueba con NH 4CNS y como resultado se obtuvo una coloración roja intensa, lo que corrobora nuestro resultado
- A la otra porción con precipitado se le agregó HNO 3 y 1g de PbO2, luego se le calentó en una cocina por 2 minutos y se dejó reposar, como resultado la solución no tomo la coloración violeta y tampoco de ningún otro color, por lo que no había presencia de Manganeso.
- A una de las porciones de solución se le adicionó CH 3COOH con Pb(CH3COO -)2, como resultado nos produjo un precipitado amarillo, comprobando así que existía presencia de Cromo.
- A la otra porción de solución se le adicionó HCl con NH 4OH, como resultado produjo un precipitado gelatinoso color blanco suspendido en la solución lo que indicaba que existía la presencia de aluminio. Resumen:
En la muestra se identifico los siguientes cationes:
Hierro (Fe3+)
Cromo (Cr 3+)
Aluminio (Al3+)
CONCLUSIONES: Se ha logrado el objetivo primordial: identificar los cationes del grupo del hierro satisfactoriamente siguiendo el protocolo de la marcha analítica para saber las reacciones que se estaban produciendo en cada paso de identificación de cada catión, con la culminación de la presente práctica se ha aprendido como cada catión se caracteriza por el color de precipitado, solución y si estos son inducidos al frio o al calor. En el presente laboratorio de la marcha analítica del hierro se ha logrado identificar con exactitud los compuestos de la sustancia a analizar, que en este caso fueron los elementos fierro, aluminio y cromo en sus respectivos cationes (Fe 3+, Cr 3+, Al3+).
RECOMENDACIONES:
- Trabajar con instrumentos de laboratorios bien lavados y limpios. - En lo posible cada grupo debe de tener sus reactivos bien preparados para agilizar el trabajo de reconocimiento de cationes.
- En el paso para reconocer los cationes de Fierro y Aluminio, acidificar bien el precipitado/solución respectivos, porque de ello depende el éxito de la práctica.
- No emplear reactivos en exceso para poder ahorrar reactivos para el próximo laboratorio y también para no demorar en reconocer los cationes.
BIBLIOGRAFÍA:
BURRIEL L. A.
Química Analítica Cualitativa (Segunda Edición) Madrid, España 1981. Editorial: Pasmirro
OLIVERA DE LA CRUZ
Análisis de Cationes en solución (Segunda separata)
Edgar
Huaraz, Perú 2000 Editorial: Facultad de Ciencias – UNASAM
