Escuela Superior Politécnica del Litoral Laboratorio de Química Analítica Práctica #8 Determinación de Calcio en piedras calizas Ing. John Daniel Fajardo Contreras Christian Jesús Cabezas Guzhñay 2s 2016-2017
1. Objetivos Objetivo General Obtener experimentalmente, a partir de varias estrategias aprendidas en la parte teórica, el porcentaje de Calcio en forma de Óxido de Calcio presente en una muestra de Caliza.
Objetivos Específicos Determinar el contenido de calcio presente en una piedra caliza mediante el método volumétrico de titulación. Efectuar la precipitación de oxalato de calcio y titular con KMnO 4 para obtener la cantidad de calcio presente en una muestra de piedra caliza. Establecer las condiciones óptimas para la formación de precipitados, así como los agentes precipitantes y los agentes titulantes.
2. Marco Teórico
El carbonato de calcio (CaCO3) es el principal componente de la roca sedimentaria “caliza” o calcita. También puede contener pequeñas
cantidades de minerales como arcilla, hematita, siderita, cuarzo, que modifican el color y el grado de coherencia de la roca. Las calizas dolomíticas contienen cantidades elevadas de carbonato de magnesio, en menores cantidades silicatos de calcio y de magnesio y aluminio, así como también carbonatos y silicatos de hierro y aluminio. El carácter casi monomineral de las calizas permite reconocerlas fácilmente gracias a dos características físicas y químicas fundamentales: es menos dura que el cobre (su dureza en la escala de Mohs es de 3) y reacciona con efervescencia en presencia de ácidos tales como el ácido clorhídrico quien descompone este tipo de roca completamente, quedando la sílice sin disolver. Algunas calizas se descomponen más fácilmente si primero se calcinan; otras tienen que someterse a disgregación por fusión con carbonato sódico. De las calizas se puede obtener el porcentaje de calcio presente en ella, en común con otros cationes, el calcio se determina convenientemente por precipitación con ion oxalato. El oxalato de calcio sólido se filtra, se lava para librarlo de un exceso del oxalato de amonio y se disuelve en ácido diluido. El ácido oxálico liberado en esta etapa se titula con permanganato de potasio. Este método es aplicable a muestras que contienen magnesio y metales alcalinos. La mayor parte de otros cationes deben estar ausentes dado que precipitan o co-precipitan como oxalatos y causan errores positivos en el análisis.
3. Materiales y Reactivos Materiales
Reactivos
Equipos
Balanza analítica. Desecador de Sílica gel
HCl (c)
Vasos de precipitación 150250 ml
(NH4)2C2O4, 6% (p/v).
Campana de extracción de gases. Plancha de calentamiento.
Varilla de agitación (3) Espátula (3)
NH3, 6M Ácido Clorhídrico, 0.1 N
Pinza para crisol (3)
Agua destilada, H2O (d)
Vidrio reloj
Rojo de metilo.
Termómetro (3)
H2SO4, 3M
Bureta de 50 ml (2)
Permanganato de potasio, 0.02M.
Probeta de 100 ml (2)
Agua de Bromo
Soporte Universal (3)
Crisol de Gooch (3)
4. Procedimiento Preparación de la muestra
1) Pesar una muestra de piedra caliza de 0,25 a 0,30 g en vasos de 250 ml. 2) Agregar 10 ml de agua destilada a cada muestra y cubra con un vidrio reloj. 3) Agregar 10 ml de HCl concentrado gota a gota. Precipitaci ón de oxalato de calcio
4) Agregue 5 gotas de agua de bromo saturado para oxidar cualquier hierro presente en las muestras.
5) Hierva suavemente (utilice una campana de extracción) durante 5 minutos para eliminar el exceso de Br 2. 6) Diluya cada solución de muestra a alrededor de 50 ml, caliente a ebullición y adicione 100 ml de solución caliente de (NH 4)2C2O4 al 6% (p/v). 7) Adicione 3 a 4 gotas de rojo de metilo y precipite CaC2O4 por la adición lenta de NH3 6M. Cuando el indicador empiece a virar, adicione NH 3 a una velocidad de una gota por cada 3-4 segundos. Continúe hasta que las soluciones cambien al color intermedio amarillo-naranja del indicador (4.5 a 5.5) (comprobar el pH con papel indicador). 8) Deje que las soluciones reposen por no más de 30 minutos y filtre en un crisol de Gooch. 9) Lave los precipitados con varias porciones de 10 ml de agua fría. 10) Enjuague el exterior de los crisoles para eliminar (NH 4)2C2O4 residual y regrese el precipitado a los vasos en los cuales se formó el CaC 2O4. Titulación
11) Adicione 100 ml de agua y 50 ml de H2SO4 3M a cada uno de los vasos que contienen el oxalato de calcio precipitado. 12) Caliente entre 80-90°C y titule con permanganato 0.02 M. La temperatura debe ser superior a 60°C durante toda la titulación. Vuelva a calentar si fuese necesario. 5. Cálculos y Resultados REACCIONES INVOLUCRADAS () 2() → () () ó () ( ) → 2 () ↓ ó ℎ + → + 2 −
á ú ↓ 2 + () → + () ó + ( )− ( ) ↓ → ()
DATOS Tabla 1 Datos de la práctica
Masa de muestra de piedra caliza Concentración de KMnO4
0.2692 g 0.02 M
Volumen consumido de KMnO 4
47.5 mL
CÁLCULOS = 47.5
0.02 1000
158
1
1 31.6
∴ = . = = 0.00475
64
56
1 128
∴ = . % =
% =
0.133 0.2692
100% → ∴ % = . %
|52.3 49.4| 52.3
100% → ∴ % = 5.53%
6. Análisis de Resultados Se analizó una muestra de piedra caliza obtenida en el Campus La Prosperina de la Escuela Superior Politécnica del Litoral, mediante análisis volumétrico para determinar el porcentaje de calcio en ella. Se llevaron a cabo técnicas como precipitación, óxido reducción y titulación, con sus respectivas estrategias y condiciones. Entre una de estas fue controlar el pH de la solución mientras se usaba al agente precipitante (Amoníaco), para mejorar la solubilidad de otros productos causantes de errores de peso (Co-precipitación), así como una elevada temperatura. Se procuró la adición de agua de bromo para lograr la oxidación de compuestos de hierro presentes en la caliza, los cuales son solubles luego de reaccionar con el bromo. En la titulación se procedió a mantener un pH ácido puesto que aquí la sustancia a titular es soluble, y como agente
oxidante tenemos al permanganato de potasio, el cual al ser un auto indicador, cuando se aprecie un color rosado débil persistente en la solución por más de 30 segundos, indicará que todo el oxalato ha reaccionado con todo el permanganato, dando fin a la titulación, posteriormente medir el volumen consumido y proceder a realizar los respectivos cálculos. En base al porcentaje de calcio, podemos decir que es aceptable puesto que este tipo de minerales son r icos en calcio, ya que en su composición llevan en su mayoría, carbonato de calcio.
7. Observaciones Se prepararon soluciones de ácido clorhídrico, ácido sulfúrico 6M, permanganato de potasio 0,02M y oxalato de amonio al 6%, para la práctica. Se trabajó sobre una plancha calefactora, para favorecer las condiciones de reacción. Se utilizó la Sorbona en todo momento puesto que los reactivos a utilizar eran muy volátiles y peligrosos al contacto con las personas. Como agente titulante se utilizó al permanganato de potasio, puesto que es un excelente agente oxidante en medio ácido, además de ser un auto indicador. Se lavó el precipitado formado con agua destilada, puesto que se quería eliminar todo el oxalato de amonio en exceso que había en la solución.
8. Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones Podemos concluir que se ha obtenido con éxito el porcentaje de calcio contenido en una muestra de piedra caliza, a través de un análisis volumétrico, obteniéndose un porcentaje de 49.4% en forma de óxido de calcio (CaO). En la práctica al haber concluido la titulación, químicamente todos los equivalentes químicos del analito reaccionaron con todos los equivalentes químicos del agente titulante. En base a la titulación realizada en la práctica, podemos concluir que la valoración o titulación es un método de análisis químico cuantitativo en el laboratorio que se utiliza para determinar la concentración desconocida, a través de un reactivo conocido. En la práctica se utilizó el permanganato de potasio como agente titulante y como analito la concentración de oxalato de calcio en la solución.
En base al procedimiento realizado, podemos concluir que, en una titulación van a intervenir muchos factores tales como el reactivo de concentración desconocida, la sustancia de concentración conocida o agente titulante, el indicador que nos avisa cuando la reacción finaliza y el medio en el cual se esté llevando dicha reacción. En esta práctica el permanganato de potasio actúa como un auto indicador y se llevó la reacción en medio ácido en el cual permite al manganeso tener la máxima reducción posible (VII) a (II).
Recomendaciones Se recomienda trabajar en todo momento bajo una campana de extracción, para liberar los gases que pueden ser tóxicos y evitar cualquier accidente dentro del laboratorio. Cuando se añada amoníaco sobre la solución, se recomienda controlar el pH de la solución constantemente y procurar que se encuentre en un rango de 4.5 -5.5. La adición debe ser controlada y gota a gota. Para asegurar la formación de precipitado. Durante la titulación de recomienda que sea gota a gota, y procurar que en la boca de la bureta no haya ninguna burbuja de aire o gota de agua antes de la titulación, para evitar errores de medición o a la hora de anotar el volumen consumido. Es recomendable lavar el precipitado hasta 5 veces, o hasta que el agua no sea turbia, ya que se está eliminando el reactivo en exceso y que la titulación sea más exitosa.
9. Bibliografía Raymond Chang. (2007). Química. México D.F.: McGraw-Hill INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V M. Angelini. (1997). Temas de Química General. Argentina: Editorial Universitaria de Buenos Aires. Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Jr., Bruce E. Bursten, Julia R. Burdge. (2004). Química. La ciencia central. México: PEARSON EDUCACIÓN. Ralph H. Petrucci, William S. Harwood, F. Groffrey Herring. (2003). Química general. Madrid: Pearson Educación, S.A. Glen E. Rodgers. (2009). Química Inorgánica. México: McGrawHill.
10. Anexos
Pesando la muestra de piedra caliza
Calentando la solución
Adicionando HCl y agua a la caliza pesada
Adicionando amoníaco a la solución en caliente
Lavando el precipitado con abundante agua destilada
Solución luego de la titulación con Permanganato
