ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] 1. Introducción
Los iones de los metales del grupo del aluminio-níquel, conocidos como el tercer grupo, forman ya sea sulfuros o hidróxidos (ambos insolubles), en una solución que se ha hecho ligeramente alcalina con amoníaco, a la cual se le agregan iones sulfuros. También se adiciona NH 4Cl con objeto de “bufferizar” la solución contra una concentración excesivamente alta de iones oxidrilo proveniente sólo del amoniaco, lo cual podría ocasionar la precipitación de hidróxidos de elementos de los grupos subsecuentes. Por lo cual este informe está basado en dar a conocer la forma de analizar y reconocer este grupo de cationes. 2. Objetivo
Separar e identificar los cationes del tercer grupo de una muestra conocida o desconocida.
Lograr resultados de acuerdo al análisis previo.
Mejorar en el trabajo de reconocimiento de cationes.
3. Fundamento teórico
El tercer grupo consiste de dos subgrupos, uno es el subgrupo del níquel en el cual están considerados los elementos cuyos hidróxidos no son anfotéricos. El otro es el subgrupo del aluminio, en el cual están contenidos los elementos cuyos hidróxidos son anfotéricos y que, por consiguiente, son solubles en una concentración alta de iones oxidrilo. Como en el análisis del grupo dos, los elementos anfotéricos extraídos de los sulfuros de los elementos anfotéricos mediante la formación de iones negativos que son solubles en solución fuertemente básica. En el curso curso de la precipitación precipitación de los cationes del III grupo grupo analítico en formas de sulfuros e hidróxidos, se obtienen a menudo sistemas coloidales (disoluciones coloidales, sales). Así mismo los sulfuros del grupo III analítico se disuelven en ácidos diluidos y no precipitan por acción del, sulfuro de hidrogeno de las disoluciones ácido clorhídrico En el III grupo encontramos dos subgrupos divididos por sus propiedades. Al primer sub grupo pertenecen los iones Fe +3 , Al 3+, Cr 3= ; que manifiestan semejanza en su capacidad de precipitación en forma de fosfatos poco solubles en agua, e incluso en ácido acético a este mismo subgrupo pertenecen los iones Fe2+, que se oxidan fácilmente a iones Fe 3+. Al segundo subgrupo pertenecen los iones Zn 2+, Mn2+, Ni2+ que precipitan por acción del (NH4)2 S en forma de sulfuros y forman precipitados solubles.
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ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] Elementos que forman los cationes del III grupo:
Níquel; posee
el grado de oxidación (II) en los compuestos más importantes y corrientes, los solubles originan el catión Ni 2+, verde, forma complejos solubles de Ni (IV) de color rojo en la dimetilglioxima de útil aplicación analítica.
Cobalto; pertenece al grupo VII de transición
Manganeso; funciona con todos los grados de oxidación del (I) al (VII)
en sus componentes funciona con los grados de oxidación (IV) en compuestos cuya existencia está dada en condiciones experimentales muy restringidas.
debido a las posibilidades de combinación, los compuestos que forman son numerosos pudiéndose estudiar bien las variaciones con la estabilidad de los distintos iones y compuestos en medio acuoso en función del grado de oxidación.
Hierro ; se encuentra en el grupo VIII de transición junto con el Co y el Ni ,
tiene estructura cortical que responde a la expresión 3d 6, 4s2, ordinariamente funciona con los grados de oxidación (II) y (III) originando compuestos ferrosos y férricos, respectivamente en condiciones excepcionales .
Aluminio ; pertenece al grupo III A, en sus compuestos el aluminio actúa
exclusivamente con el grado de oxidación (III) el catión Al +3, es incoloro y tiene comportamiento analítico parecido al del Be +2 por el radio tiene cierto parecido analítico al Fe
Cromo; es un metal blanco, cristalino, es poco dúctil y maleable. El metal
es soluble en ácido clorhídrico produciendo un cloruro cromoso, CrCl 2, azul en ausencia de aire, pues si no se forma el cloruro crómico, CrCl3, se desprende hidrógeno. El ácido sulfúrico diluido reacciona en forma similar formando sulfato cromoso, CrSO 4, en ausencia de aire y sulfato crómico, Cr2(SO4)3, en presencia del aire. El ácido sulfúrico concentrado y el nítrico concentrado o diluido motivan la pasividad del metal.
Zinc; El zinc es un metal azulado, es medianamente maleable y dúctil, se
disuelve fácilmente en ácidos clorhídricos y sulfúricos diluidos con desprendimiento de hidrógeno. Se disuelve en nítrico muy diluido, pero sin desprendimiento gaseoso, aumentando la concentración del ácido se desprende óxido nitroso u óxido nítrico, El zinc se disuelve también en soluciones de hidróxidos alcalinos con desprendimiento de hidrógeno y formación de zincatos.
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ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] 4. Materiales y equipo
Muestra problema, que va contener cationes de diferentes grupos.
Reactivos: o
Sulfuro de Sodio
Na2S
o
Cloruro de amonio
NH4Cl 5N
o
Hidróxido de Amonio
NH4OH 15N
o
Ácido clorhídrico
HCl 12N
o
Agua regia
o
Dimetilglioxima
o
Bórax
Na2B4O7.10H2O
o
Carbonato de sodio
Na2CO3
o
Peróxido de sodio
Na2O2
o
Ferrocianuro potásico
K4Fe(CN)6
o
Ácido nítrico
HNO3 6N
o
Ácido acético
CH3COOH 17N
o
Acetato de amonio
(NH4)CH3COO
o
Cloruro de bario
BaCl2
Papel de filtro.
Papel tornasol
8 Tubos de ensayo
Pinza UNI-FIGMM
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Alambre de micrón
Mechero
Embudo
Vaso de precipitados
Bagueta
Piceta con agua destilada
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ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] 5. Procedimiento 1) Separación de cationes de tercer grupo
La solución entregada contiene los cloruros de los metales del grupo 3, añadimos 3 a 4 gotas de NH 4Cl y luego NH4OH para alcalinizar usando como indicador, el papel tornasol. Añadir Na 2S hasta la precipitación total
Se observa la formación de un precipitado pardo verduzco. En este precipitado se encuentran los cationes del tercer grupo bajo la forma de hidróxidos y sulfuros. Filtrar 2) Separación de cobalto y níquel
Lavar el precipitado con HCl 1.2N y remover con ayuda de la bagueta
Filtrar la solución
El precipitado obtenido contiene los sulfuros de cobalto y níquel UNI-FIGMM
ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] 3) Identificación de cobalto
Con el alambre de micrón y un poco de bórax sólido preparar una perla.
Adherir el parte del precipitado a la perla
La perla adquiere un color azul en la llama, índice de la presencia de cobalto 4) Identificación del níquel
Disolver la otra parte del precipitado en agua regia (8 ml) Alcalinizar la solución con NH4OH 15N Agregar gotas de dimetilglioxima hasta formación de un precipitado color rojo cereza, índice de la presencia de níquel UNI-FIGMM
ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] 5) Trabajando con la solución filtrada en el paso 2
Alcalinizar con Na2CO3 (sólido).
Añadir Na2O2 (sólido)
Filtrar 6) Reconocimiento del hierro
Parte del precipitado obtenido se disuelve en el vaso con otas de HCl
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Calentar y luego enfriar, se obtiene esta solución
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Diluir y añadir gotas de ferrocianuro potásico. Se obtuvo un precipitado conocido como Azul de Prusia, indicando la presencia del catión ferroso. 7) Reconocimiento de manganeso
Preparación de una perla con Na 2CO3 y algo de precipitado. Calentar Incorporamos KClO3 y seguimos calentado. Obtuvimos una perla de color verde, índice de la presencia de manganeso. 8) Reconocimiento de aluminio
Acidificar la solución filtrada en 5 con HNO3 Alcalinizando con la adición de NH4Cl y NH4OH, luego calentar UNI-FIGMM
ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES]
Se formó un precipitado blanco gelatinoso de Al(OH) 3. Filtrar 9) Reconocimiento del cromo
Pasar la solución a un vaso y crear un medio acético con ácido acético y acetato de amonio Al añadir el BaCl2 se formó un precipitado. Filtrar 10) Reconocimiento del zinc
La solución pasante, añadir Na 2S, precipitará ZnS, ppt blanco
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ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] 6. Observaciones
Durante las reacciones se utilizaron algunas mezclas amortiguadoras ácidas y básicas. La reacción del níquel con el agua regia y su alcalinización fue altamente exotérmica como para ser llevada en el tubo, para lo cual se utilizó el vaso. El tetraborato de sodio se deshidrato al hacer contacto con la llama del mechero, hecho que se vio cuando se hacía como maíz pop -corn. Cometimos un error en el reconocimiento del ion ferroso pues utilizamos un ácido de concentración mayor a la requerida por la guía .
7. Cuestionario 1.- Indique brevemente y con toda claridad ¿Cómo se obtiene la precipitación completa del tercer grupo? Y que componentes se obtienen .
Se toma la muestra problema que contiene cationes del 3er al 5to grupo, se forma en ella una mezcla amortiguadora amoniacal con 3 a 4 gotas de cloruro de amonio NH4Cl luego amoníaco acuoso, NH4OH; debido a su baja solubilidad precipitarán los hidróxidos de aluminio, cromo y hierro. Si luego añadimos sulfuro de sodio Na2S, se formará el reactivo de grupo, sulfuro de amonio (NH 4)2S que en el pH determinado por la mezcla amoniacal (pH=8-9) precipitará los sulfuros de zinc, níquel, cobalto, manganeso. Teniéndose así en el precipitado total a los cationes del tercer grupo.
2.- a) ¿Cómo se prepara el reactivo de Chugaiev?
Se prepara, la solución de dimetilglioxima en el laboratorio, disolviendo 1gr de dimetilglioxima puro, en 100 ml de alcohol a 96°. UNI-FIGMM
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b) Explique con toda claridad ¿Para qué se utilizó?
Se utilizó para la identificación del níquel. La dimetilglioxima forma con Ni 2+ en medio amoniacal un precipitado rojo característico de sal complejo interno. 3.- a) En la práctica se obtuvieron dos perlas. Indique los colores de las perlas y sus fórmulas químicas.
La primera perla obtenida fue durante el reconocimiento del cobalto, mediante el ensayo de la perla de bórax. Se obtuvo una perla azulada, formada según la reacción: Na2B4O7 + Co(OH)2 → Co(BO2)2 + 2NaBO2 + H2O La coloración azul de la perla es debida a la presencia de la sal de Co(BO 2)2, metaborato de cobalto. La segunda perla se obtuvo durante la identificación del manganeso, según la reacción: 3MnO(OH)2 + 3Na2CO3 + KClO3 → 3Na2MnO4 + KCl + 3H2O↑ + 3CO2↑ La coloración verde de la perla es debida a la presencia de la sal de Na 2MnO4, manganato de sodio. b) ¿Cómo se identificó al catión ferroso?
Para la identificación del catión Fe 2+ se disolvió parte del precipitado obtenido en HCl, se calentó la solución y luego se utilizó el ferrocianuro de potasio K4[Fe(CN)6] el cual desarrollo la siguiente reacción: 4FeCl3 + 3K4(Fe(CN)6) → Fe4(Fe(CN) 6)3 + 12KCl El compuesto precipitado fue Fe4(Fe(CN)6)3 el cual es conocido como el Azul de Berlín o de Prusia.
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ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] 4.- Haga un diagrama esquemático, indicando la separación o identificación de cada catión
MUESTRA Cationes de 3 er a 5to + NH4OH + NH4Cl + Na2S
Filtrar
SULFUROS: CoS – NiS - FeS – MnS – ZnS HIDRÓXIDOS: Al(OH)3 - Cr(OH)3 - Fe(OH)3 + HCl 1.2N
Solución con grupos restantes
Filtrar
FeCl2 – AlCl3 – CrCl3 – ZnCl2 – MnCl2 + Na2CO3 + Na2O2
Calentar filtrar
Fe(OH)2 MnO2
+ HCl Calentar + K4Fe(CN)6
Ppt negro
CoS + NiS
Ensayo de perla de bórax
NaAlO2 Na2CrO4 Na2ZnO4
Ensayo de disgregación
+ Agua regia + NH4OH + Dimetilglioxima
(C4H7N2O2)2Ni Perla azul
Co(BO2)2
+ HNO3 + NH4OH + NH4Cl
Al(OH)3
Ppt blanco
Fe2[Fe(CN)6] Ppt azul
(NH4)2CrO4 Zn(NH3)6(NO3)2
Na2MnO4 Perla verde
+ CH3COOH + CH3COO (NH4) Calentar + BaCl2 filtrar
Ppt amarillo
BaCrO4
Zn(CH3COO)2 + Na2S ZnS
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Ppt blanco
Ppt rojo cereza
ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] 5.- Escriba las ecuaciones balanceadas de las reacciones efectuadas Solución
Aluminio:
AlCl3(ac) + 3NH4OH Al(OH)3(s) + 3NH4Cl Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O AlCl3(ac) + 3Na2CO3 + 3H2O Al(OH)3 + 3HCO3Na + 3NaCl 4Al(OH)3 + 2Na2O2 4NaAlO2(ac) + 6H2O + O2↑ NaAlO2(ac) + 4HNO3 Al(NO3)3 + Na(NO3) + 2H2O Al(NO3)3 + NH4OH Al(OH)3(s) + NH4NO3 Cromo:
CrCl3 + 3NH4OH Cr(OH)3 + 3H2O + Cl2 Cr(OH)3(s) + 3HCl CrCl3(ac) + 3H2O 2CrCl3 + 3Na2O2 + 4NH4OH 2Na2CrO4 + 6NH4Cl +2H2O Na2CrO4(ac) + 2NH4OH (NH4)2CrO4(ac) + 2NaOH (NH4)2CrO4 + BaCl2 BaCrO4(s) + 2NH4Cl Níquel:
NiCl2 + NH4OH Ni(OH)Cl + NH4Cl Ni(OH)Cl(s) + 6NH4OH [Ni(NH3)6]2+ + 6H2O [Ni(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O + Na2S NiS(s) + 6NH4OH + 2NaCl 3NiS(s) + 8HCl + 2HNO3 3NiCl2(ac) + 2NO + 3S + 4H 2O + Cl2 + H2 2C4H8O2N2 + NiSO4 + 2NH4OH (C4H7O2N2)2Ni(s) + (NH4)2SO4 + 2H2O Cobalto:
CoCl2 + NH4OH Co(OH)Cl + NH 4Cl Co(OH)Cl↓ + 7NH4OH [Co(NH3)6]2+ + 2OH- + NH4+ + Cl- + 6H2O [Co(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O + Na2S CoS(s) + 6NH4OH + 2NaCl Na2B4O7 + Co(OH)2 Co(BO2)2 + 2NaBO2 + H2O Manganeso:
MnCl2(ac) + 6NH4OH [Mn(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O [Mn(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O + Na2S MnS(s) + 6NH4OH + 2NaCl MnS(s) + 2HCl MnCl2(ac) + H2S MnCl2(ac) + 2Na2CO3 + 2H2O Mn(OH)2 + 2HCO3Na + 2NaCl Mn(OH)2+ Na2O2 MnO2(s) + 2NaOH 3MnO2(s) + KClO3 + 3Na2CO3 3Na2MnO4 + KCl + 3CO 2 UNI-FIGMM
ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] Zinc:
ZnCl2(ac) + 6NH4OH [Zn(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O [Zn(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O + Na2S ZnS(s) + 6NH4OH + 2NaCl ZnS(s) + 2HCl ZnCl2(ac) + H2S ZnCl2(ac) + 2Na2CO3 + 2H2O Zn(OH)2 + 2HCO3Na + 2NaCl 2Zn(OH)2 + 2Na2O2 2Na2ZnO2(ac) + 2H2O + O2 Na2ZnO2(ac) + 4HNO3 Zn(NO3)2 + Na(NO3) + 2H2O Zn(NO3)2 + 6NH4OH [Zn(NH3)6](NO3)2(ac) + 6H2O Zn(CH3COO)2 + Na2S ZnS(s) + 2CH3COONa Hierro:
FeCl3 + 3NH4OH → Fe(OH)3 + 3NH4Cl 2Fe(OH)3(s) + 3Na2S Fe2S3(s) + 6NaOH Fe2S3(s) + 6HCl 2FeCl3(ac) + 3H2S FeCl3(ac) + 3Na2CO3 3H2O Fe(OH)3 + 3HCO3Na + 3NaCl Fe(OH)3 + 3Na2O2 + 2H2O 2Fe(OH)2(s) + 3Na2CO3 + 2O2 Fe(OH)2(s) + 2HCl FeCl2 + 2H2O 4FeCl2 + 2K4Fe(CN)6 8KCl + Fe2[Fe(CN) 6](s)
6.- A 25 ml de CH 3-COOH(ac) 0,15 N se le añade 20 ml de KOH(ac) 0,12 N. Calcule el pOH de la mezcla Solución
El número de moles de KOH en 10 ml es:
El número de moles de CH 3COOH originalmente presentes en 25 mL de disolución es:
Trabajamos con moles debido a que cuando dos disoluciones se mezclan, el volumen de la disolución aumenta. Al incrementarse el volumen, la molaridad cambiará, pero el número de moles permanecerá inalterable. Los cambios en el número de moles se resumen a continuación:
Inicio (mol) Cambio (mol) Final (mol)
() () () 0 0
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ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] En esta etapa se tiene un sistema amortiguador compuesto por CH 3COOH y CH3COO- (a partir de la sal, CH 3COONa). Para calcular el pH de la disolución, se escribe [ ][ ] [ ] [ ] [ ] [ ] ( )( ) [ ] [ ] [ ]
Por lo tanto,
7.- Dados los valores del Kps: KPS(Fe(OH)3) 1.1*10-36= 4.0x10-38 KPS(Zn(OH) 2) = 1.8*10-144.5x10-17 ¿Cuál de los dos hidróxidos es más soluble? ¿Cuántas veces? Solución
Calculamos la solubilidad de cada hidróxido en mol/L: Fe(OH)3 ↔ Fe3+ + 3OHKPS(Fe(OH)3) = [Fe3+ ] . [OH-]3 4.0x10-38 = 27 [Fe(OH)3]4 [Fe(OH)3] = 1.962x10-10 mol/L Zn(OH)2 ↔ Zn2+ + 2OHKPS(Zn(OH)2) = [Zn2+ ] . [OH-]2 4.5x10-17 = 4 [Zn(OH)2]3 [Zn(OH)2] = 2.241x10-6 mol/L Observamos que la solubilidad del hidróxido de zinc es mayor que la del hidróxido férrico.
Calculando en cuántas veces es mayor: 2.241x10-6 : 1.962x10-10 = 11421 veces 8.- Una muestra pesada de FeCO 3, de 1.520 gr fue disuelta, oxidada y precipitada como Fe(OH)3, luego calcinada después de esto, se obtuvo 1,24 gr de Fe2O3, oxido férrico calcule el % de Fe y FeO. Solución
4FeCO3(s) + 6H2O + O2 → 4CO2(g) + 4Fe(OH)3(s) 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O Estas reacciones fueron las que se llevaron a cabo según el problema, luego: UNI-FIGMM
ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES]
Hallaremos la masa que realmente reaccionó y formó el óxido férrico, utilizando Estequiometría Según la primera reacción: ()
Y la segunda reacción:
()
Por lo tanto:
() ̅ ̅
Entonces, las impurezas del FeCO 3 (Fe y FeO) tendrán una masa de:
Está masa será de Fe y FeO, el porcentaje será:
8. Conclusiones y/o recomendaciones
Los sulfatos de cobalto y níquel presentan un comportamiento especial el cual fue utilizado para su separación durante la práctica Se utilizaron algunas soluciones buffer a lo largo de toda la práctica así que se debe tener cuidado con los componentes de la misma al prepararlas. Es muy importante lograr la precipitación completa en los diferentes pasos, para tener resultados más exactos y apreciables. Se recomienda colocar el papel filtro de forma de un cono, ya que así previo mojado de las paredes del embudo este se acople a la forma deseada lo cual generaría un buen filtrado. Para la identificación analítica de los iones en la mezcla se debe proceder sistemáticamente para evitar el precipitado prematuro de iones de un grupo no deseado lo cual no haría más que entorpecer el análisis.
9. Bibliografìa y webgrafía
www.monografias.com
‘’ Semi-microanálisis Químico Cualitativo’’ V.N. Alexeiev
‘’Química Analítica Cualitativa’’
Arthur I. Vogel
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