Módulo: Análisis de Agua Profesores: Sr. Mario Mora Mora Oporto Sra. Georgette Villalón Fuentes Curso: 4º E F
AP!"#ES $E %EACC&O"ES $E 'OS CA#&O"ES. !nidad : #()ni)as de Análisis de Aguas. Aprendi*a+e Esperado: $eter,ina)ión )uantitati-a )uantitati-a de )ationes presentes en el agua.
C'AS&F&CAC&" C'AS&F&CAC&" $E 'OS CA#&O"ES /&O"ES ME#0'&COS1 E" G%!POS A"A'2#&COS. Para los propósitos propósitos del análisis cualitativo sistemático, sistemático, los cationes se dividen en cinco grupos sobre la base de su comportamiento comportamiento frente a ciertos reactivos. Mediante el uso sistemático de los llamados 3rea)ti-os de grupo5 grupo5 podemos podemos decidir sobre la presencia o ausencia de grupos de cationes y, además, separar estos grupos para un examen más profundo. Los reactivos de grupo que se usan para la clasificación clasificac ión de los cationes más comunes son: el á)ido )lor67dri)o5 el sulfuro de 6idrógeno5 el sulfuro de a,onio el )ar8onato )ar8onato de a,onio. a,onio. La clasificación se basa en que un catión reacciona con estos reactivos mediante mediante la formación de precipitados o no. Por lo tanto se puede decir que la clasificación de los cationes más comunes se basa en las diferen)ias de las solu8ilidades de sus )loruros5 sulfuros )ar8onatos. )ar8onatos. Los cinco grupos de cationes y las características de estos grupos son las siguientes: G%!PO &. &. Los cationes de este grupo for,an pre)ipitados )on el á)ido )lor67dri)o diluido. diluido. Los iones de este grupo son: plo,o5 ,er)urio /&1 plata /&1. /&1 . Módulo: Manejo y Almacenamiento Profesora: Georgette Villalón f. G%!PO &&.Los &&.Los cationes de este grupo no reaccionan con el Sra. ácido clorídrico Curso o Nivel: 4 ! diluido, pero for,an pre)ipitados )on el sulfuro de 6idrógeno en 6idrógeno en un medio ácido mineral diluido. Los iones de este grupo son: ,er)urio /&&15 )o8re5 8is,uto5)ad,io5ars(ni)o /&&&15ars(ni)o /V15 anti,onio /&&&15anti,onio /V15esta9o /&&1 esta9o /&V1. /&V1 . Los primeros cuatro forman el subgrupo !!a y los "ltimos seis el subgrupo !!b. Mientras que los sulfuros de los cationes del Grupo &&a son insolubles en polisulfuro de amonio, los de los cationes del Grupo &&8 son &&8 son solubles.
G%!PO &&&.Los &&&.Los cationes de este grupo no reaccionan ni con el ácido clorídrico diluido, ni con el sulfuro de amonio en medio ácido mineral diluido. #in embargo, for,an pre)ipitados )on el sulfuro de a,onio en un medio neutro o amoniacal. Los cationes de este grupo son: )o8alto /&&15n7uel /&&15 6ierro /&&15 6ierro /&&&15 )ro,o /&&&15 alu,inio5 )in) ,anganeso /&&1. /&&1. G%!PO &V.Los &V.Los cationes de este grupo no reaccionan con los reactivos de los $rupos !, !! y !!!. For,an pre)ipitados )on el )ar8onato de a,onio en a,onio en presencia de cloruro de amonio en medio neutro o ligeramente ácido. Los cationes de este grupo son: )al)io5 estron)io5 8ario. 8ario.
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G%!PO V. Los cationes comunes que no reaccionan con los reactivos de los grupos previos, forman el "ltimo grupo de cationes, que incluyen a los iones: ,agnesio5 sodio5 potasio5 a,onio5 litio e 6idrógeno.
P%&ME% G%!PO $E CA#&O"ES: P'OMO /&&15 ME%C!%&O /&1 ; P'A#A /&1. %ea)ti-o de Grupo: á)ido )lor67dri)o / Ag ? @ ="O < Ag
?
→
< =
> Ag"O ? < "O↑ ? 4 =
Ag
?
SO< ↑
? < =
La plata forma en solución iones monovalentes, que son incoloros. Los compuestos de plata '!!( son inestables, pero %uegan un importante papel en los procesos de oxidación7reducción catali8ados por plata. &l nitrato de plata es fácilmente soluble en agua, el acetato, nitrito y sulfato de plata son menos solubles, mientras que todos los otros compuestos de plata son prácticamente insolubles. #in embargo, los comple%os de plata son solubles. Los aluros de plata son sensibles a la lu8, estas características son ampliamente utili8adas en fotografía.
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%EACC&O"ES $E &O"ES P'A#A /&1: Para el estudio de estas reacciones se puede usar una solución de nitrato de plata '!( -, M. .79cido clorídrico diluido: #e forma un precipitado de color blanco de cloruro de plata '!(. Ag"O ? =Cl
→
AgCl↓ ? ="O
La precipitación no ocurre con ácido clorídrico concentrado. ecantando el líquido sobrenadante, el precipitado se disuelve en ácido clorídrico concentrado, donde se forma el comple%o dicloroargentato: AgCl↓ ? ClB
↔
AgCl
iluyendo con agua, el equilibrio se despla8a acia la i8quierda y reaparece el precipitado. &l precipitado se disuelve en solución diluida de amoníaco, donde se forma el ión comple%o diaminoargentato: AgCl↓ ? < "=
→
Ag /"=1
&l ácido nítrico o el clorídrico diluidos neutrali8an el exceso de amoníaco y reaparece el precipitado debido a que el equilibrio es despla8ado acia la i8quierda. La lu8 del sol o la radiación ultravioleta descomponen el precipitado de cloruro de plata que cambia a grisáceo o negro debido a la formación de plata metálica: Módulo: Manejo y Almacenamiento
< AgCl↓
→
Profesora: Sra. Georgette Villalón f. Curso o Nivel: 4 !
< Ag↓ ? Cl<↑
La reacción es lenta y el verdadero mecanismo de la reacción es muy complicado. La fotografía se basa en estas reacciones. &n la cámara estos procesos son sólo iniciados, se debe revelar el material fotográfico para completar la reacción. Las partículas grisáceas o negras de plata aparecen sobre los sitios irradiados por la lu8, se obtiene así una imagen negativa del ob%eto. 6.7#oluci;n de amoníaco: #e forma un precipitado de color marrón de óxido de plata '!(: < Ag"O ? < "= ? =<
→
Ag
La reacción alcan8a un equilibrio y, por lo tanto, la precipitación es incompleta en cualquier etapa. '#i en la solución original está presente el nitrato de amonio o la solución es fuertemente ácida no ocurre la precipitación(.&l precipitado se disuelve en exceso reactivo.
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<.7=idr;xido de sodio: #e forma un precipitado de color marrón de óxido de plata '!(. < Ag"O ? < "aO=
→
Ag
&l precipitado es insoluble en exceso de reactivo. &l precipitado se disuelve en solución de amoníaco y en ácido nítrico.
>.7!oduro de potasio: #e obtiene un precipitado de color amarillo de ioduro de plata '!(. Ag"O ? &
→
Ag&↓ ? "O
&l precipitado es insoluble en amoníaco diluido o concentrado, pero se disuelve fácilmente en cianuro de potasio y en tiosulfato de sodio. 1.75romato de potasio: #e obtiene un precipitado de color ro%o de cromato de plata '!(. < Ag"O ?
→
Ag
&l precipitado es soluble en ácido nítrico diluido y en solución deGeorgette amoníaco. Profesora: Sra. Villalón f. Curso o Nivel: 4 !
P'OMO. 'Pb, P. at. 6-,3( &l plomo es un metal gris a8ulado de alta densidad ',>/ gr2ml( a temperatura ambiente. #e disuelve fácilmente en ácido nítrico concentrado '/M( formándose tambi)n óxido de nitrógeno: P8 ? @ ="O
→
P8 "OB ? < "O↑ ? 4 =
&l gas incoloro óxido de nitrógeno cuando se me8cla con aire se oxida a dióxido de nitrógeno ro%o: < "O↑ /in)oloro1 ? O< ↑
→
< "O< ↑ /ro+o1
5on ácido nítrico concentrado se forma sobre la superficie del metal una película protectora de nitrato de plomo, que evita la disolución posterior. &l ácido clorídrico o el ácido sulf"rico diluido tienen pocos efectos debidos a la formación de cloruro o sulfato de plomo insolubles sobre la superficie.
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%EACC&O"ES $E &O"ES P'OMO /&&1. Para el estudio de estas reacciones puede usarse una solución de nitrato de plomo '!!( -,61 M. .79cido clorídrico diluido :<: en soluciones no muy diluidas y en frío se forma un precipitado blanco de cloruro de plomo. P8/"O1< ? < =Cl
→
P8Cl< ? < ="O
&l precipitado es soluble en agua caliente '<<,> gr2l a --45 mientras que sólo 3,3 gr2l a 6-?5(, pero cuando se enfría se separan nuevamente cristales con cristales de agu%as. &s soluble tambi)n en ácido clorídrico concentrado o solución concentrada de cloruro de potasio donde se forma el ión tetracloro plumbato '!!(: P8Cl<↓ ? < ClB
→
P8Cl4D
6.7#oluci;n de amoníaco :<. #e forma un precipitado de color blanco de idróxido de plomo'!!( P8/"O1< ? < "= ? < =
→
P8/O=1< ? < "=4"O
&l precipitado es insoluble en exceso de reactivo. Módulo: Manejo y Almacenamiento Profesora: Sra. Georgette Villalón f.
<.7=idr;xido de sodio: #e forma un precipitado de color blanco deo Nivel: idróxido Curso 4 ! de plomo '!!(. P8/"O1< ? < "aO=
→
P8/O=1<↓ ?
< "a"O
&l precipitado se disuelve en exceso de reactivo. >.79cido sulf"rico diluido: se forma un precipitado de color blanco de sulfato de plomo '!!(. P8/"O1< ?
=
→
P8SO4↓ ? < ="O
1.75romato de potasio en solución neutra, amoniacal o ac)tica: #e forma un precipitado de color amarillo de cromato de plomo '!!(. P8/"O1< ?
→
P8CrO4↓ ?
< "O
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&l precipitado se disuelve en ácido nítrico o en idróxido de sodio. 0.7!oduro de potasio: se obtiene un precipitado de color amarillo de ioduro de plomo '!!(. P8/"O1< ? < &
→
P8&<↓ ? < "O
&l precipitado es moderadamente soluble en agua irviente para dar una solución incolora, de la cual se separa al enfriar en placas de color amarillo dorado. ME%C!%&O ' =g Peso +tómico @ 6--,13 ( &l mercurio es un metal blanco plateado, líquido a temperaturas ordinarias y tiene una densidad de <,1<> g2ml a 6145.Ao es afectado cuando se lo trata con ácidos clorídrico o sulf"rico diluido '6M(, pero reacciona rápidamente con ácido nítrico. &l ácido nítrico concentrado en frío, diluido '/ M( con un exceso de mercurio da iones mercurio '!(: > =g ? @ ="O
→
=g< "OB ? 4 =
5on un exceso de ácido nítrico concentrado y, en caliente, se forman iones mercurio '!!(: =g ? @ ="O
→
=g "OB ? 4 =
%EACC&O"ES $E &O"ES ME%C!%&O /&1.Para el estudio deCurso estas reacciones se o Nivel: 4! puede usar una solución de nitrato de mercurio '!( -,-1M. .79cido clorídrico diluido: se forma un precipitado de color blanco de cloruro de mercurio '!( 'calomel(. =g<
→
=g
&l precipitado es insoluble en ácidos diluidos. 6.7#oluci;n de amoníaco: obtiene un precipitado de color negro, que es una me8cla de mercurio metálico y amidonitrato básico de mercurio '!!(, que es por sí mismo un precipitado blanco. "=< < =g<
→
=gO.=g
↓
? <=g↓ ? "=4?
"O
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&sta reacción puede ser usada para diferenciar entre los iones mercurio '!( y mercurio '!!(. <.7=idr;xido de sodio: #e forma un precipitado de color negro de óxido de mercurio'!(. =g<
< O=B
→
=g
&l precipitado es insoluble en exceso de reactivo, pero se disuelve rápidamente en ácido nítrico diluido. 5uando se ierve, el color del precipitado cambia por gris, debido a la dismutación en la que se forman óxido de mercurio '!!( y mercurio metálico: =g
=gO↓ ? =g↓
→
>.75romato de potasio en solución caliente: #e forma un precipitado de color ro%o de cromato de mercurio '!(. =g<
→
=g
1.7!oduro de potasio, agregado lentamente en solución fría: Curso se obtiene o Nivel: un 4 !precipitado de color verde de ioduro de mercurio '!(. =g<
→
=g<&<↓
#i se agrega exceso de reactivo ocurre una reacción de dismutación y se forman iones solubles de tetraiodo mercuriato '!!( y un precipitado negro de mercurio finamente dividido: =g<&<↓ ? <&B
→
=g&4D
5uando se ierve con agua el precipitado de ioduro de mercurio, nuevamente ocurre una dismutación y se forma una me8cla de ioduro de mercurio '!!( ro%o y mercurio negro finamente dividido: =g<&<↓
→
=g&<↓ ? =g↓
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SEG!"$O G%!PO $E CA#&O"ES: ME%C!%&O /&&15 P'OMO /&&15 &SM!#O /&&&15 CO%E /&&15 CA$M&O /&&15 A%SH"&CO /&&&1 ; /V15 A"#&MO"&O /&&&1 ; /V15 ES#AIO /&&1 ; /&V1. Beactivo de grupo: sulfuro de idrógeno gaseoso. Beacción de grupo: precipitados de diferentes colores. Los cationes del segundo grupo se dividen tradicionalmente en dos subgrupos: el subgrupo del cobre y el subgrupo del ars)nico. La base de esta división es la solubilidad de los precipitados de sulfuros en polisulfuro de amonio. Mientras que los sulfuros del subgrupo del cobre son insolubles en este reactivo, aquellos del subgrupo del ars)nico se disuelven por la formación de tiosales. &l subgrupo del cobre consiste de mercurio '!!(, plomo '!!(, bismuto '!!!(, cobre '!!( y cadmio '!!(. +unque la mayor parte de los iones plomo '!!( son precipitados con ácido clorídrico diluido %unto con otros iones del grupo '!(, este precipitado es bastante incompleto debido a la solubilidad relativamente alta del cloruro de plomo'!!(. Los cloruros, nitratos y sulfatos de los cationes del subgrupo del cobre son bastante solubles en agua. Los sulfuros, idróxidos y carbonatos son insolubles. CO%E, '5u, Peso atómico @ 0<,1>(.&l cobre es un metal ro%o claro, blando, maleable y d"ctil. Cunde a -
→
Cu "OB ? < "O↑ ? 4 =
&l ácido sulf"rico concentrado caliente tambi)n disuelve al cobre: Curso o Nivel: 4 ! Cu ? < =
→
Cu
&l cobre tambi)n es fácilmente disuelto en Dagua regiaE: Cu ? > =Cl ?
< ="O
→
Cu ClB ? < "O↑ ? 4 =
=ay dos series de compuestos de cobre. Los compuestos del cobre '!( derivan del óxido de cobre '!( ro%o 5u 6F y contienen el ión cobre '!( 5u G.&stos compuestos son incoloros, la mayoría de las sales de cobre '!( son insolubles en agua y su comportamiento se aseme%a generalmente al de los compuestos de plata '!(. #e oxidan fácilmente a compuestos de cobre '!!(, que son derivables del óxido de cobre '!!( negro 5uF. Los compuestos de cobre '!!( contienen los iones cobre '!!( 5u 6G. Las sales de cobre '!!( son generalmente a8ules tanto en la forma idratada sólida como en soluciones acuosas diluidas. Las sales del cobre '!!( anidro, como el sulfato de cobre '!!( anidro 5u#F>, son blancas 'o ligeramente amarillas(.
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%EACC&O"ES $E 'OS &O"ES CO%E /&&1. &stas reacciones se pueden estudiar con una solución -,61 M de sulfato de cobre '!!(. .7#oluci;n de amoníaco. #e obtiene un precipitado de color a8ul de una sal básica 'sulfato básico de cobre(: < Cu
→
Cu/O=1<.CuSO4↓ ? < "=4?
Precipitado que es soluble en exceso de reactivo, donde se obtiene una coloración a8ul profunda. 6.7#oluci;n de idróxido de sodio en frío. #e obtiene un precipitado de color a8ul de idróxido de cobre '!!(: Cu
→
Cu/O=1<↓
&l precipitado es insoluble en exceso de reactivo. 5uando se lo calienta, el precipitado se convierte en óxido de cobre '!!( negro por desidratación.
Cu/O=1<↓
→
CuO↓ ? =
<.7!oduro de potasio: #e obtiene un precipitado de ioduro de cobre '!( de color blanco, pero la solución es intensamente marrón debido a la formación de iones triioduro: < Cu
→
< Cu&↓ ? &B Módulo: Manejo y Almacenamiento
+gregando a la solución un exceso de tiosulfato de sodio, los iones triioduros sonf. Profesora: Sra. Georgette Villalón reducidos a iones ioduros incoloros y se vuelve visible el colorCurso blanco del4 precipitado. o Nivel: ! La reducción con tiosulfato da iones tetrationato: &B ? < S
→
&B ? S4O>
&stas reacciones se usan en análisis cuantitativo para la determinación iodom)trica de cobre. >.7 Cerricianuro de potasio. #e obtiene un precipitado de color marrón ro%i8o de exaciano ferrato '!!( de cobre: < CuD4B
→
Cu<Fe/C"1>D↓
&l precipitado es soluble en solución de amonHaco, donde se forman los iones tetraminocuprato '!!( a8ul oscuro: Cu<Fe/C"1>D↓ ? @ "=
→
<Cu/"=14DD4B
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&l precipitado se descompone con idróxido de sodio, donde se forma idróxido de cobre '!!( precipitado de color a8ul: Cu<Fe/C"1>D↓ ? 4 O=B
→
< Cu/O=1<↓ ? Fe/C"1>D4B
1.7=ierro. #i se sumerge un clavo de ierro limpio en una solución de una sal de cobre, se obtiene un depósito ro%o de cobre: Cu
→
Fe
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