UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE QUIMICA E ING. QUIMICA EXPERIMENTO N° 1 ANALISIS ELECTROGRAVIMETRICO CONTENIDO A. GENERALIDADES 1. Principio del método 2. Uso y cuidado de los electrodos electrodos de platino 3. Limpieza del material 4. Instrucciones para el uso de electroanalizador Sargent – Slomin B. PARTE EXPERIMENTAL 1. Determinación electrogravimétrica del cobre en una aleación 2. Determinación electrogravimétrica del plomo en bronces 3. Bibliografía
ANALISIS ELECTROGRAVIMETRICO 1. PRINCIPIO DEL METODO El análisis electro gravimétrico un capítulo del ELETROANALISIS basado en la separación electrolítica de los
elementos, la que se cumple
cuantitativamente bajo condiciones de concentración, pH, temperatura, clase de electrodos. etc. Especificados
para cada caso
particular y
obedeciendo a las leyes generales de la electrolisis como lo ilustra el experimento que sigue, sobre el análisis electro gravimétrico sobre los métodos químicos ordinarios de separación y análisis de los elementos pueden resumirse en : 1. Simplificación y facilidad de operación. 2. Rapidez, eficiencia de operación. 3. Eliminación de muchas precipitaciones, filtraciones y calcinaciones. 4. Economía de reactivos. El análisis electro gravimétrico se funda en que los metales tienen tensiones de descomposición diferentes entre sí, de acuerdo con su posición en la serie de la fuerza electromotriz variando sus valores según la clase de electrodos sobre la cual se depositan, y el pH de las soluciones. Regulando el potencial entre los electrodos, dentro de ciertos límites, es posible separar un metal de una solución de varios mátales. Sin embargo cuando los potenciales de descomposición de los metales se hallan muy próximos, la electro separación es más complicada. En estos casos se hace uso de la formación de complejos, cuyos potenciales de descomposición defieren más entre si dependiendo de las particularidades del metal y de la constante de estabilidad del complejo formado. Se considera que la electro separación es cuantitativamente completa cuando la concentración delación en la solución llega a disminuir hasta 10 -6 moles
por litro. Esta concentración es tan pequeña que no tiene significado práctico. Los metales que tienen tensiones de descomposición muy diferentes entre sí, como plata de cobre, cobre de cinc, etc., se pueden separar electrolíticamente con gran facilidad. II. USO Y CUIDADO DE LOS ELECTRODOS DE PLATINO Antes de usar por primera vez unos electrodos, deben ser hervidos por 10 minutos con ácidos nítricos concentrados, enjuagados varias veces con agua destilada, después con alcohol calentados en una estufa y después enfriados al aire y colocados en un desecador, listos para ser pesadas y usadas. El bióxido de plomo que se deposita al ánodo se puede quitar con ácido nítrico concentrado que contiene algo de agua oxigenada. Los electrodos no deben tener grasa, por lo que no se debe tocar con los dedos las superficies donde se depositan el metal. Si la superficie
esta
grasosa, no se depositara el metal. No se debe electrolizar soluciones acidas de cloruros por que el cloro liberado al ánodo ataca y disuelve el platino de que está formado y lo deposita sobre el cátodo. Tampoco debe permitirse el depósito de zinc sobre el catado que forma una aleación que malograría el electrodo. En este caso se cubre primero el electrodo de platino con un depósito de cobre. En esa condición, se procede a depositar el zinc. En general, como todo material de platino, los electrodos deben ser usados con pinzas platino. Es posible calentar los electrodos en una atmosfera oxidante para librarlos de las sustancias grasas que pueden tener, pero es mejor lavarlos con acetona para lograr este fin.
III.
LIMPIEZA DEL MATERIAL
El material de vidrio a usarse debe estar libre de sustancias grasosas especialmente el material volumétrico, pues la falta de contacto entre la solución y las paredes del vidrio impedirá la formación del menisco, y la lectura adecuada del volumen. La solución debe mejorar uniformemente las paredes del material y esto es imposible si hay alguna película grasosa. Para la limpieza se utiliza una solución de 3% de bicromato de potasio en ácido sulfúrico, la que se deja en contacto con el material durante toda la noche o unos minutos según las necesidades. La solución es vierte de nuevo en el frasco en el que se guarda, y el material se lava después en agua corriente, luego en agua destilada. Estas sulfocromica son útiles para muchos usos. Una solución más eficaz para sustancias grasa es la de hidróxidos de potasio en alcohol. La acción es más rápida, pero no se debe dejar durante mucho tiempo esta solución alcalina sobre vidrio por lo que afectara aun cuando su acción es muy ligera. Debe tenerse especial cuidado con las llaves de vidrio esmerlado, porque pueden ajustarse en tal forma que no f unciona. Instrumento utilizado: ELECTROANALIZADOR SARGENTE SLOMIN En ambas experiencias se usa el Electroanalizador Sargent Slomin, que tiene dos unidades de electrolización separadas, que permiten hacer dos determinaciones simultáneas. Ver el manual para más detalles. El instrumento usa dos electrodos de platino en forma de canastilla. El electrodo grande se emplea para recibir el depósito, es el electrodo de trabajo. El electrodo menor, es el otro electrodo que sirve de agitador. El manejo y montaje de la celda se realiza de la siguiente manera:
1. Antes de comenzar asegurarse que todos los controles del instrumento estén en posición OFF o cero. 2. Inserte los electrodo^ limpios y previamente (el que corresponde) en el vástago de acero inoxidable del motor. Primero se coloca el electrodo menor y luego el mayor, ambos quedan en forma concéntrica. Se debe hacer con mucho cuidado. 3. Centre cuidosamente los electrodos, si se chocan hacen corto circuito y no habrá electrólisis. Para esto haga girar el electrodo del centro lentamente, y observe que no hacer contacto con la canastilla de! otro electrodo. Lo toque los electrodos directamente con los dedos, use dedal de papel o papel filtro limpio. 4. Para colocar el vaso con la solución muestra. Suspenda primero el conjunto del motor con los electrodos, hasta el máximo, coloque el vaso con la solución debajo de los electrodos y baje el conjunto hasta que los electrodos estén dentro del vaso. Si la solución no cubre los electrodos, agregar suficiente agua destilada para cubrirlo, dejando un borde de un centímetro libre 5. Gire a ÜN el control MOTOR, el electrodo central comienza la agitación de la solución. Cubra con lunas de rojo separable, el vaso, para evitar que se pierda solución y que esta salpique al instrumento. Estas lunas se deben lavar sobre el mismo vaso, de vez en cuando con agua destilada. 6. Con el control NORMAL - REV§RSE seleccione la polaridad de los electrodos. En la posición NORMAL el electrodo del centro es el ánodo y el lateral es el cátodo (electrodo grande). En la posición REVERSE la polaridad de los electrodo es, la inversa. 7. Gire a ON el control CURRENT, esto indica el paso de la corriente eléctrico través de la celda, su valor se lee en el amperímetro, depende del voltaje aplicado. 8. Gire el control INCREASE en el sentido del reloj para aplicar el volta recomienda la técnica de análisis. Su valor se lee en el voltámetro. 9. Se
electroliza
hasta
que
todo
el
metal
se
halla
depositado
cuantitativamente. El tiempo necesario depende de la técnica de análisis,
pero en general se puede determinar experimentalmente como ya se ha indicado o usado reactivos químicos. 10. Cuando se ha cumplido el tiempo de electrólisis, desconecte el MOTOR. Sin cortar la corriente suspenda el motor hasta que los electrodos queden fuera de la solución lávelo con agua destilada cuidadosamente. Luego proceda como recomienda la técnica de análisis
EXPERIENCIA A DETERMINACION ELECTROGRAV1MÉTRICA DE COBRE EN UNA ALEACIÓN Naturaleza de la muestra La muestra está constituida por- moneda circular de dos tipos A y B, cuyas composiciones aproximadas, según datos suministrados por el laboratorio de la Casa Nacional de Moneda son A
B
Cobre
80%
68 – 70%
Zinc
5 – 20%
0%
Níquel
0 - 15%
30 - 32%
Como impurezas, puede haber trazas de Hierro y otros metales. Instrumento: ELECTRO ANALIZADOR SARGENT – SLOMIN IV.
PREPARACIÓN Y DISOLUCIÓN DE LA MUESTRA
Para privar a la muestra de las sustancias grasas y otras impurezas, se coloca en una luna reloj, y se agrega 5 mide Tetracíoruro de carbono u otro disolvente orgánico, se agita y después de dos minutos se quita el solvente. Se repita el lavado con otra porción de CCU. Se deja secar a la temperatura ambiente, durante 15 minutos, sin calentar pues podría originarse una oxidación.
1. Pesar exactamente la moneda y anotar el peso. 2. Colocar en un vaso, al que se le agrega 45 mL de HNO3 6N, cubrir con una luna de reloj y calentar hasta descomposición de la muestra. 3. Hervir hasta eliminar los óxidos de nitrógeno. Diluir hasta 100 mL aprox. con agua destilada. 4. La solución debe ser clara. Si no es, se filtra sobre un embudo recibiendo el filtrado y el agua de lavado en un vaso de 250 mL 5. Transferir la solución a un matraz volumétrico de 250 mL y se lleva el volumen hasta el enrase, teniendo cuidado de que la temperatura de la solución sea aprox. 20°C, porque el material volumétrico de laboratorio está calibrado a esa temperatura. V.
DETERMINACION ELECTROGRAVIMÉTRICA DEL COBRE
1. Medir con una pipeta, tres alícuotas, de 10 mL cada una y viértalos en un vaso electrolítico de 150 mL (de forma alta). Se agrega agitando solución de NH4OH 6N hasta aparición final de azul del ion complejo tetramino cúprico, que indica que el ácido está completamente neutralizado 2. Agregar 1,5 mL de HNO3 6N y 0,1 g de urea. Diluir hasta más o menos 80 ml. 3. Electrolizar la solución siguiendo las instrucciones dadas para el del analizador Sargent Slomin, con una tensión de 2 a 4 voltios durante 1 hora, utilizando el ánodo rotativo. Se debe regular la velocidad del anodo para que no haya proyecciones, pero si una agitación eficiente.
No hay
necesidad de calentar. 4. Detener la agitación y diluir la solución para elevar su nivel sobre electrodos y continuar la electrolisis durante 10 minutos más. 5. Observe si hay aparición de nuevo depósito metálico sobre la superficie del electrodo recién expuesta. Si
hay, continuar la electrolisis y repita la
observación. Si no hay, detenga la agitación pero continúe el paso de corriente.
6. Eleve lentamente los electrodos, lavando simultáneamente con un chorro de agua de una pesita, el depósito de cobre metálico que queda a la vista 7. Al quitar completamente el vaso del contacto con los electrodos, corte la corriente ELECTRICA 8. Quite los electrodos, lave el cátodo por inmersión en agua-destilada y después en acetona o alcohol etílico. 9. Seque en la estufa por 15 min. a temperatura no mayor de 70°C 10. Enfríe y pese el cátodo. Reserve la solución para determinar el níquel. 11. El cátodo ha sido previamente preparado y pesado siguiendo ías instrucciones dadas. Debe tener un mayor peso correspondiente al cobre metálico depositado en la alícuota de la solución tomada. De este peso y del volumen exacto de la alícuota, calcule el peso en el volumen completo de la solución y de allí el porcentaje de cobre en la muestra. NOTAS.1. La úrea que se adiciona para evitar que los nitritos retarden la deposición del cobre, o que originen un depósito oxidado de cobre, actúa según la reacción: 2HN02 + (NH2)2C0 ~> 3 H20 + 2N2 + C02 2. Si existiera plomo en la aleación, se depositaría al estado cíe bióxido de piorno al ánodo, presentando una mancha o depósito de color oscuro. 3. Es de gran importancia lograr en cada electrodeposición. un depósito metálico compacto y adherente. Buen resultado se obtiene cuando se electroliza durante toda ia noche utilizando una barra corriente (,0,5 amperios), pero el tiempo es muy largo Para abreviarlo se utiliza el ánodo rotatorio y una corriente muy alta (2 amperios), con lo que se logia también resultado satisfactorio. Si el depósito no es adherente y compacto, es seguro que engloba impurezas que darán matos resultados. El lavado del cátodo debe ser completo. De otro modo, el acido disolverá algo de cobre
DETERMINACIÓN ELECTROGRAVIMÉTRICA DE PLOMO EN BRONCES INSTRUMENTO ELECTROANALIZADOR SARGENT – SLOMIN Técnica operativa 1. Coloca más o menos 5 g de muestra en una luna de reloj. Desengrasar la muestra usando pequeñas porciones de acetona. Dejar evaporar. 2. Pesar 0,2000 g de muestra. Colocar en un vaso de 250 mL. Agregar 30 ml. De HNO 3 6N y cubrir con una luna de reloj. Calentar en la plancha hasta ataque total y luego sobre asbesto por lo menos 30 min. 3. Diluir a un volumen aprox. De 60 mL con agua destilada. Añadir 30 mL de HNO3 concentrado y completar el volumen en la flota de 250 ml 4. Medir tres alícuotas de 10 mL y colocar en la celda electrolíticas, introducir los electrodos, agregar el volumen necesario para cubrirlos, dejando una parte de ellos libre. El ánodo debe estar confundido. 5. Electrolizar a 2.5 voltios (0.2 amperios), por medios hora. Probar que todo el plomo se les depositado con gotas de Kl en una hora de reloj. 6. Levantar los electrodos fuera de la solución sin cortar el voltaje. Retirar el ánodo, lavar con agua destilada y luego con alcohol y secar en la estufa a 100°C, luego pesar. 7. Calcular el % de plomo en la muestra del incremento del peso del anodo considerando que se ha depositado como PbO 2. El factor de corrección es de 0,864. Escriba las reacciones de este proceso. BIBLIOGRAFIA 1. A.S.T.M. (Method’s Chemical Analysis of Metals) 1950 2. DAGGET – MELDRUX (Quantitative Analysis) 3. KOLTHOFF Y SANDEL (Tratado de Química Analítica) 4. ANALISYS INSTRUMENTAL Skoog West. Editorial Interamericana 5. JAMES LINGANE (Electroanalytical Chemistry) 6. SARGENT – SLOMIN (Manual DE Instrucciones y Operaciones del Analizador) 7. SKOOG WEST / HOLLER. Química Analítica 8. JAMES S. FRITZ G. SCHENK. Química Analítica Cuantitativa
