FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA
PRÁCTICA N° 02
Ing. ALCARRAZ Ing. ALCARRAZ ALFARO, Tarcila Ing. PALOMINO HERNANDEZ, Guido RIVEROS SULCA, Nelson RODRIGUEZ HUAMAN, Greys E. YAURI RIVERA Lizbeth Lizbeth :
martes 2pm – 5pm 22 de setiembre del 2015 29 de setiembre del 2015
AYACUCHO – PERÚ 2015
I.
II.
OBJETIVOS: Observar las características de la muestra problema y verificar las condiciones de acidez y coloración fuerte. Separar los cationes presentes en una muestra problema en grupos según la marcha analítica del carbonato sódico, observando los fenómenos analíticos que ocurren en esta marcha e identificar los grupos de cationes. Realizar reacciones químicas específicas para identificar los cationes del grupo primero contenido en filtrado 1.
NOCIONES TEÓRICAS:
Es el conjunto de reglas prácticas que se fundamenta en las propiedades de los iones y en leyes que rigen las reacciones químicas de estos, para separar de una manera sistemática los diversos iones contenidos en un problema y proceder a su definitivo reconocimiento. Entre las marchas que más se utilizan se tiene:
Marcha analítica de cationes del H2S
Marcha analítica de cationes del Na 2CO3
Se basa en la utilización sucesiva de cinco reactivos generales: Na 2CO3, HNO3, HCl, (NH4)2SO4, NH4OH para separar los cationes en seis grupos: 1. Grupo soluble en carbonato sódico. 2. Grupo insoluble en ácido nítrico concentrado. 3. Grupo de los cloruros. 4. Grupo de los sulfatos. 5. Grupo de los hidróxidos. 6. Grupo de los complejos aminados.
Es el método clásico, utiliza el anión S = como agente de precipitación.
Es la marcha mejor practicada, estudiada y perfeccionada por más de un siglo.
Se conoce bien sus aspectos teóricos y prácticos a pesar de la toxicidad y desagradable olor del gas sulfhídrico.
Es más utilizada para cationes de investigación ordinaria.
El H2S es un gas muy toxico y de olor desagradable.
Deficiente separación por la abundancia de fenómenos de precipitación, disolución inducida, facilidad de pectización de muchos precipitados, reacciones secundarias por el carácter reductor del anión sulfuro.
No presenta sistemática cuando se presentan iones como Mo (VI), V (V), U (VI).
La presencia de aniones como fosfato, fluoruro, borato, oxalato, obliga a modificar algunos esquemas de grupo para evitar la interferencia de los mismos.
Investigación ordinaria Cr6+ , Mo6+ , W 6+ , V 5+ , As5+ , As3+, K +
Sb3+,Sb5+,Ti4+,Sn4+ Ag +,Pb2+,Hg +
Ca 2+,Sr2+,Ba 2+,Pb2+ Fe3+,Bi3+,Cr3+,Al3+ Mn2+,Cu2+,Co2+, Ni2+,Cd2+,Hg 2+, Ca 2+,Mg 2+
Menos circunstanciales frecuentes U6+,Ge4+,Se6+, Hg 2+,Au3+,Pt 4+ No precipitan con el Na 2CO3 ; 6+ + + Te ,Ti ,Li forman carbonatos solubles, iones complejos o aniones estables. El Se, Te, no son formadores de cationes, se presentan como seleniato, selenito, telurato, telurito 5+ 5+ Nb ,Ta Au, Pt El precipitado con Na 2CO3 es insoluble a la acción del HNO3© Precipitan como cloruros. El Pb precipita parcialmente, si está en pequeña cantidad no precipita Precipitan como sulfatos. El Ca precipita si está en buena cantidad 2+ 3+ 4+ 4+ 4+ Be ,Ce ,Ti Th ,Zr Precipitan como hidróxidos en presencia de sales amónicas. 2+ Pd Se(IV) y (VI) No precipitan con NH4OH en Te(IV) y (VI) presencia de sales amónicas.
ANALISIS DEL GRUPO PRIMERO
Son cationes solubles en Na 2CO3 0.5M: Cr6+, Mo6+, W 6+, V 5+, As5+, As3+, U6+
Se utiliza el carbonato de sodio, tanto al estado sólido como fuente en procesos de disgregación o en disoluciones de concentración diversa para obtener los llamados “extractos sódicos”. Se pretende con ello, bien solubilizar algunos “residuos insolubles”
por simple reacción de transformación en sales sódicas fácilmente solubles en ácidos, o bien “separar” los aniones de los cationes, precipitando estos con disoluciones de
carbonato de sódica y quedando en disolución las sales sódicas de los distintos anion es.
Se identifican cada uno de los cationes en porciones independientes
Las disoluciones de cromato son amarillas y al acidificar pasan a naranja (Dicromato).
Los arsenitos dan un precipitado blanco con mixtura magnesiana. AsO4 3- + Mg +2 + NH4+
Mg NH4 AsO4 (blanco)
Se confirma la presencia de As por:
Reducción a As elemental con SnCl 2 en medio clorhídrico (Rx. de bettendorff) Transformación de precipitado blanco arseniato amónico de magnesio en arseniato de plata.
Precipitado de color amarillo por acción del cobaltinitrito de sodio en medio acético. Eliminar NH4+ si hubiera.
Los vanadatos se reducen a V 4+ (VO2+, vanadilo) concentrando el problema con HCl ©. El ion vanadilo reduce al Fe (III) y el Fe(II) formado reacciona con dimetilglioxima en medio amoniacal, dando un complejo de color rojo.
Complejo de color rojo con tiocianato y cloruro estannoso como reductor en medio acido.
Se encuentra en el grupo primero como complejo de color amarillo claro [UO 2(CO3)3]4
Precipitado de color rojo oscuro o pardo rojizo oscuro con ferrocianuro potásico, en solución neutra o en medio acético. Precipitado amarillo con hidróxido de amonio, insoluble en exceso y soluble en carbonato amónico.
III.
MATERIALES:
Soporte universal
Matraz de herlenmeyer
Gradilla
Tubos de ensayo
Pipeta
Varilla de vidrio
Vaso precipitado
Piseta
Pinzas
Estufa eléctrica
IV.
Muestra problema Carbonato de sodio 0.5 M Carbonato de sodio (s) Ácido nítrico © Ácido nítrico 2M Nitrato de amonio (s) Ácido clorhídrico 2 M Sulfato de amonio
Papel filtro
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: VERIFICACIÓN DE ACIDEZ Y COLORACIÓN FUERTE
1. Observar las características de la muestra problema y anotar lo referido a color y fases. Verificamos la acidez con papel indicador, si tuviera reacción neutra o alcalina, acidular con HNO3 2 M y calentando a ebullición por unos minutos. Si la coloración de la muestra es fuerte: violeta oscuro, rojo violáceo o rojo oscuro, se realiza una decoloración tratando con H 2O2 en medio ácido y posterior ebullición.
1. La muestra problema presenta dos fases (sólido y liquido) de coloración amarillo naranja. 2. Verificamos la acidez de la muestra problema con papel indicador y podemos decir que pH = 0.8 por tanto es acida; por consiguiente ya no se agrega nada. 3. Ya no se realiza ninguna decoloración ya que nuestra muestra es acida.
SEPARACIÓN DE CATIONES POR GRUPOS (MARCHA ANALÍTICA DEL CARBONATO SÓDICO)
+ Na 2CO3 (s), hasta Rx. alcalina + 3mL de exceso Hervir por 5 minutos filtrar y lavar con agua caliente (2 veces) Eliminar todo el líquido posible
Residuo 1
Filtrado 1
+ 20 gotas de HNO3 © evaporar casi a sequedad diluir con 2mL de agua + NH NO3 (s) + gotas de HNO 3 2M dejar en baño maría or 5 min. Filtrar
Cr , Mo , U , As , As
6+
4
3+
4+
6+
5+
3+
Filtrado 2
Residuo 2
5+
6+
+ HCl 2 M, hasta precipitación cuantitativa calentar suavemente, filtrar.
4+
Sb , Sb , Sn , Ti
Residuo 3
AgCl, PbCl2, Hg 2Cl2
Filtrado 3 + Gotas de (NH4)2SO4 sol. Sat. Hasta precipitación cuantitativa hervir, dejar en baño maria x 5 minutos, filtrar.
Filtrado 4
Residuo 4
CaSO4, BaSO4, PbSO4, SrSO4
Residuo 5
Fe(OH)3, Al(OH)3, Cr(OH)3, Bi(OH)3
1. 2. 3. 4. 5.
+ NH4NO3 (s) + gotas NH4OH ©. Calentar en baño maría por dos minutos. Filtrar
Filtrado 5
Complejos aminados de:
Mn2+,Cu2+,Co2+, Ni2+,Cd2+,Hg 2+, Ca 2+,Mg 2+
Medimos 7 mL de licor problema y le agregamos 2 mL de Na 2CO3 0.5 M A continuación agregamos Na 2CO3 (solido) hasta reacción alcalina. Ahora le agregamos 4 mL de Na 2CO3 en exceso Hacemos hervir por 5 minutos Realizamos la filtración y lavamos con agua caliente 2 veces
Al agregar 2 mL de Na 2CO3 0.5 M al licor problema se puede observar que hay efervescencia. Lo mismo sucede al agregar Na 2CO3 (solido), pero este ya no efervece a medida que se va agregando más Na 2CO3 (solido).
Al agregar 4 mL de exceso de Na 2CO3 0.5 M hay burbujeo (liberación de CO2 y el color se torna a verde. Al hervir la muestra toma el color verde. Al realizar el filtrado obtenemos una solución amarilla translucida. Y el residuo es de color amarillo (residuo 1)
1. 2. 3. 4.
Al residuo 1 le agregamos 20 gotas de HNO3 © y evaporamos Después de la evaporación diluimos con 2.5 mL de agua destilada Agregamos NH4NO3(s) mas 8 gotas de HNO 3 2 M Llevamos a baño maría por 5 minutos y luego filtramos.
Al agregar las 20 gotas de HNO 3 © se torna a color pardo Al evaporar la muestra hay liberación de gases Después de agregar el NH 4NO3(s) mas 8 gotas de HNO 3 2 M se puede observar un precipitado de color amarillento Al llevar a baño maría nuevamente se observa liberación de gases. Filtramos y obtenemos el filtrado 2 el cual es de color amarillo verdoso.
1. Al filtrado 2 agregamos HCl 2 M hasta precipitación cuantitativa 2. Calentamos la muestra y luego filtramos.
Al realizar el filtrado se obtiene el filtrado 3 Residuo 3 en poquísima proporción color amarillenta.
1. Al filtrado 3 añadimos gotas de (NH 4)2SO4 que es una solución saturada hasta precipitación cuantitativa. 2. Hervimos y dejamos a baño maría por 5 minutos. 3. Filtramos la muestra.
Al realizar el filtrado se obtiene el filtrado 4 y residuo 4 que es de color amarillo tenue.
1. Al filtrado 4 le agregamos (NH 4)2SO4 (s) más gotas de NH 4OH ©. 2. Calentamos en baño maría por dos minutos. 3. Filtramos.
Al realizar el filtrado se obtiene el filtrado 5 el cual pertenece al grupo sexto. El residuo 5 obtenido pertenece al grupo quinto.
IDENTIFICACIÓN DE LOS CATIONES DEL GRUPO PRIMERO. a 0.5 mL de filtrado 1 agregar gotas de HCl© hasta acidez y gotas de ferrocianuro de potasio, calentar suavemente, debe obtenerse una coloración pardo rojiza oscura, que es señal de la presencia de Mo6+ y/o U6+.
1. Medimos 05 mL del filtrado 1 y le agregamos 2 gotas de HCl 2. También agregamos 6 gotas de ferrocianuro de potasio. 3. llevamos a baño maría.
al agregar las 6 gotas de ferrocianuro de potasio podemos observar que hay un cambio de color a verde oscuro. Al llevar a baño maría tenemos el cambio de color de pardo rojiza oscura.
Al observar nuestro resultado podemos afirmar que si hay presencia de Mo6+ y/o U6+ del grupo primero.
a 0.5 mL de filtrado 1 agregar HCl hasta acidez y luego gota a gota peróxido de hidrogeno, aparecerá un color azul que desaparece al agitar. Hervir y si es necesario agregar más peróxidos hasta que el líquido quede verde. Añadir gotas de sal di sódica de EDTA. Dejar reposar en baño de agua, la aparición de un color violeta confirma la presencia de cromo.
Medimos 05 mL del filtrado 1 y le agregamos 3 gotas de HCl También agregamos 7 gotas de peróxido y llevamos a hervir. Agregamos 4 gotas de EDTA y llevar a baño maría.
Al agregar las 7 gotas de peróxido a la solución y después de hacer hervir se puede ver un cambio de color a verde claro. Luego de agregar las 4 gotas de EDTA y llevar a baño maría se puede observar el cambio de color a violeta claro.
Al observar nuestro resultado y haber obtenido la coloración de violeta podemos afirmar que si hay presencia de cromo.
a 0.5 mL de filtrado 1 agregar HCl hasta acidez y luego gotas de tiocianato de potasio y cloruro estannoso. Un color rojo intenso confirma Mo.
1. Medimos 05 mL del filtrado 1 y le agregamos 3 gotas de HCl 2. Luego agregamos 5 gotas de tiocianato de potasio y 4 gotas de cloruro estannoso.
Al homogenizar la solución se puede observar que hay un cambio de color rojizo.
Al observar nuestro resultado y haber obtenido la coloración rojiza podemos afirmar que si hay presencia del molibdeno.
acidificar ligeramente la solución problema con HNO3 2M y el CO2 se elimina por ebullición, agregar 5 gotas de NH 4OH© y otros tanto la mezcla magnesiana, agitar fuerte y frotar con una varilla las paredes del tubo y aparecerá un precipitado blanco, indica presencia de As (V).
0.5 mL de la solución problema acidificar con ácido acético, con agitación para eliminar el CO 2 desprendido, luego agregar solución acuosa reciente de cobaltinitrito sódico, agitar y observar el precipitado amarillo formado.
V.
CONCLUSIONES:
Después de realizar esta práctica podemos inferir que se pudo identificar y separar cationes en grupos con facilidad, según la marcha analítica de carbonato de sodio. Además logramos observar los fenómenos analíticos que ocurren en esta marcha
Por otra parte toda esta serie de conjuntos y pasos que se realizaron , reafirmo los conocimientos adquiridos en clases de química analítica, pudiendo familiarizarse más con las reacciones que se seguirán usando en el laboratorio y en general en nuestra vida profesional.
En la marcha analítica de cationes del grupo I, la reacción de los iones de la muestra problema con el 0.5 M origino la formación de un precipitado de color amarillo, que a su vez es soluble en agua caliente, conclusión que concuerda con la base teórica de Voguel, Arthur (2007, Química Analítica Cualitativa) el cual también nos indica que las características de la mencionado agua caliente es de 33.4 g/l a 100°C de temperatura.
VI.
RECOMENDACIONES:
Para el caso de la disolución de un compuesto, asegurarse de que este se disuelva lo más que se pueda inclusive calentando la muestra. Tener cuidado con el papel de filtro al momento de realizar el filtrado ya que esta al ser manipulada bruscamente , puede ocasionar accidentes Tener cuidado al emplear ácido clorhídrico para la precipitación de diferentes iones, ya que su exceso puede provocar la formación de complejos no deseados.
VII. CUESTIONARIO:
La preparación de problema debe tener las siguientes condiciones:
El problema debe estar exento de materia orgánica, excepto acetato y oxalato; porque impide la precipitación de algunos cationes o provoca la separación prematura de otros. El problema no debe contener exceso del anión fluoruro; porque forma complejos muy estables con Fe 3+, Al3+, Be2+, Sn4+, Sb5+, Zr4+ y no precipitan o lo hacen parcialmente con el Na 2CO3. Se identifica por el ensayo de corrosión del vidrio, porque debe ser francamente positivo para
considerarlo interferente. Se elimina por tratamiento en caliente con HNO3 (C). El problema debe tener reacción acida, si fuera neutra o alcalina, acidificar con HNO3 2 M y calentar a ebullición para destruir los complejos hidroxilados, amoniacales, cianurados y tiosulfato, que impiden la precipitación de algunos cationes con Na 2CO3. Si el problema presenta coloración fuerte, es inconveniente; porque perturba la apreciación de algunos ensayos de identificación. La decoloración se efectúa por tratamiento con H 2O2 en medio ácido y a ebullición. Si existe amoniaco libre (pH ≥ 10.5, olor) debe ser expulsado por ebullición.
La precipitación cuantitativa es la cantidad del precipitado de una solución y en la práctica realizada se obtiene mediante la filtración. Otra forma de conseguirlo en la práctica es mediante los siguientes pasos:
Escribe la ecuación de la reacción y la ecuación iónica neta para la reacción que se quiera usar. Calcular la concentración de los iones en la solución para cada uno de los reactivos en la reacción iónica neta. Establece la ecuación del producto de solubilidad para la ecuación iónica neta. Cuando un compuesto iónico se disuelve este se disocia en iones en la solución. Resuelve la ecuación del producto de solubilidad para obtener la solubilidad molar o la concentración de cada ion cuando la reacción se encuentra en equilibrio. Usa la diferencia entre la solubilidad molar de la sal y la concentración inicial de los iones reactivos para determinar cuánto precipitado se formará.
a. Reacciones acido – base: implica una transferencia de protones. b. Reacciones de formación de complejos: en esta se producen transferencia de iones o moléculas. c. Reacciones de precipitación: son aquellas en las además de haber un intercambio de iones o de moléculas tiene lugar la aparición de una fase sólida.
d. Reacciones redox: son aquellos que se realizan mediante un intercambio de electrones.
El si esta en poca cantidad no precipita; porque su Kps es alta, y lo hara en el grupo cuarto como sulfato. El no precipitara totalmente, por lo que es preferible que lo haga en la menor cantidad posible y el sulfato amónico favorece la solubilidad del Ca 2+ por formación de la sal doble Ca(NH 4)2(SO4)2, el Ca 2+ precipitara si su concentración es elevada y parte del Ca 2+ se debe reconocer en el grupo sexto.
VIII. BIBLIOGRAFIA:
ALCARRAZ ALFARRO, TARCILA.
ARONES MEDINA, EDGAR. Quí mica analítica cualitativa. 2012 Quí mica análisis de principios y aplicaciones tomo II. LUMBRERAS “
”
Química analítica (colección de matemática y ciencias ) “CESAR VALLEJO”
https://es.wikiversity.org/wiki/Equilibrio_de_precipitaci%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Precipitado
www.quimica.org.ar. “colangelo”
