UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E ING. QUÍMICA
CURSO:
LABORATORIO DE ANÁLISIS POR INSTRUMENTACIÓN I
PROFESOR: FERNANDO ANAYA MELÉNDEZ TEMA:
ANALISIS ELECTROGRAVIMETRICO
ALUMNO:
LEON MOYA LEO MARVIN
CÓDIGO:
12070013
2017
RESUMEN En el presente trabajo se desarrolla el. Método electrogravimetrico basado en la separación electrolítica de elementos. Con esta práctica se busca determinar la cantidad de cobre presente en una aleación (moneda de 10 céntimos) y también determinar el contenido de plomo en una muestra de fusible. El método se desarrolla haciendo uso en este caso del analizador SARGENT SLOMN que cuenta con dos unidades de electroanalización separadas que hacen uso de electrodos de platino en forma de canastilla. Las corridas de las soluciones a analizar en el instrumento se realizan luego de la correspondiente preparación y diluido de la muestra. Los resultados en la determinación fueron satisfactorios, encontrando en la moneda de 10 céntimos un 70.90% de cobre y en la muestra de fusible un 93.42% de plomo. Con estos resultados podemos decir que el método electrogravimetrico permite determinar y separar cuantitativamente elementos específicos de acuerdo a su posición en la serie de la fuerza electromotriz variando según los electrodos usados y el pH de la solución como lo hicimos con el cobre en la moneda y el plomo en el fusible.
PRINCIPIO DEL METODO El análisis electrogravimétrico es un método analítico basado en la separación electrolítica de los elementos, la que se cumplen cuantitativamente bajo condiciones de concentración, PH, temperatura, clase de electrodos, etc. Especificados para cada caso en particular y obedeciendo a las leyes generales de la electrolisis como la práctica que se va realizar sobre el análisis cuantitativo de una aleación de cubre (moneda). Las ventajas del análisis electrogravimétrico sobre los métodos químicos ordinarios de separación y análisis de 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 electrogravimétrico se fundamenta en que los metales tienen diferentes tensiones de descomposición entre si, de acuerdo a 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 un metal de una solución de varios metales. Sin embargo, cuando los potenciales de descomposición de los metales son muy próximos, la electroseparación es más complicada. En estos casos se hace uso de la formación de complejos, cuyos potenciales de descomposición difieren más entre sí, dependiendo de las particularidades del metal y de la constante de estabilidad del complejo formado. Se recomienda que la electroseparación es cuantitativamente completa cuando la concentración del ion de la solución llega a disminuir hasta 10-6 moles por litro. Esta concentración es tan pequeña que no tiene significado practico. Los metales que tienen tensiones de descomposición muy diferentes entre si, como plata y cobre, cobre y cinc, etc., se pueden separar electrolíticamente con gran facilidad.
OBJETIVOS
Determinar electrogravimétricamente el cobre en una moneda de 10 céntimos
Determinar electrogravimétricamente el plomo en un fusible
Separar cuantitativamente elementos específicos como Cu y Pb en cada caso de soluciones donde puede haber mas metales.
PRINCIPIOS TEÓRICOS Electrogravimetría A diferencia de otro método, en la electrogravimetría es necesario que haya una corriente eléctrica considerable a lo largo del proceso analítico. Cuando pasa corriente en una celda electroquímica, el potencial de la celda ya no es simplemente la diferencia entre los potenciales de los electrodos: el cátodo y el ánodo (o potencial termodinámico). Debido a este proceso es necesario aplicar potenciales mayores a los potenciales termodinámicos. Este es un método de análisis cuantitativo, se basa en el fenómeno de la electrolisis y consiste en electrolizar una solución de la muestra que se va a analizar, la cual se deposita cuantitativamente en los electrodos de la celda electrolítica. Esta electrolisis se realiza usando electrodos de gran superficie en soluciones bien agitadas hasta una deposición completa. En la práctica, el electrodo sobre el que se deposita la especie electroactiva, se pesa antes y después de la electrolisis, l a diferencia de masa producida por el material depositado conduce al resultado f inal. La electrolisis está regida cuantitativamente por las leyes de Faraday y por las reacciones en los electrodos. La primera ley de Faraday dice: “la masa de cualquier
sustancia, depositada o disuelta en el electrodo, es proporcional a la cantidad de electricidad (culombios) que pasa a través del electroli to”. La segunda ley nos dice: “las masas de diferentes sustancias depositadas o disueltas en un electrodo por un mismo número de culombios son proporcionales a sus pesos equivalentes”. Para
descomponer un equivalente gramo de cualquier electrolito o para l iberar un equivalente gramo de cualquier anión o catión se requiere la cantidad de 96500 culombios, esta cantidad de electricidad se denomina constante de Faraday (F).
DETALLES EXPERTIMENTALES REACTIVOS Muestra de aleación (moneda) HNO3 6N Acetona NH4OH 6N Urea Alcohol HNO3cc
EQUIPOS Balanza analítica Plancha eléctrica Desecador Estufa Electroanalizador Sargente Slomin
MATERIALES Luna de reloj Vasos de precipitado 400mL Probeta Fiola de 250 mL Pipeta volumétrica de 10 mL Papel tisue Electrodos de platino en forma de canastilla
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL EXPERIENCIA A Determinación electrogravimétrica de cobre en una aleación Preparación de la muestra Se coloca la muestra (moneda) sobre una luna de reloj y se agrega una pequeña cantidad e disolvente orgánico para extraer las sustancias grasosas y otras impurezas. Luego del lavado dejar secar a temperatura ambiente sin calentar para evitar una oxidación. Una vez seca la moneda pesar exactamente la moneda. Colocar en un vaso con 45 mL de HNO3 6N, cubrir con una luna de reloj y calentar hasta descomposición. Hervir hasta eliminar los óxidos de nitrógeno. Diluir con agua destilada hasta 100 mL aproximadamente. Transferir la solución a un matraz de 250 mL y enrazar.
Determinación electrogravimétrica del cobre Medir con una pipeta volumétrica tres alícuotas de 10 mL cada una y viértalas sobre vasos electrolíticos de 150 mL (de forma alta). Agregar agitando la solución de NH4OH 6N hasta la aparición del color azul del ion complejo tetraamino cúprico, que indica que el ácido está completamente neutralizado. Agregar 1,5 mL de HNO3 6N y 0.1 g de urea. Diluir hasta más o menos 80 mL Electroanalizar la solución con una tensión de 2,5 V durante 30 min, utilizando ánodo rotativo. Luego de la media hora detener la agitación y diluir la solución para elevar su nivel sobre electrodos y continuar la electrolisis durante 10 min más. Observar si hay aparición de nuevo depósito metálico sobre la superficie del electrodo recién expuesta. Detenga la agitación si no hay depósito, pero continúe el paso de corriente Eleve los electrodos lavando simultáneamente con un chorro de agua destilada el depósito de cobre metálico que queda a la vista. Al quitar del vaso el electrodo corte la corriente eléctrica. Quitar los electrodos del equipo, lavar el cátodo por inmersión en agua destilada y alcohol. Seque en la estufa por 15 min a temperatura no mayor de 70°C Enfríe y pese el cátodo. Como el cátodo fue inicialmente lavado, secado y pesado, la diferencia de pesos dará la cantidad de cobre depositada sobre el electrodo.
Experiencia B Determinación electrogravimétrica de plomo en fusible
Solicitar la muestra de fusible, lijarla, colocar aproximadamente 0.5 gramos de la muestra en una luna de reloj y desengrasar con pequeñas cantidades de acetona. Dejar evaporar. Pesar 0,2000 g de muestra de fusible desengrasada. Colocar en un vaso de 250 mL. Agregar 30 mL de HNO3 6N y cubrir con una luna de reloj. Calentar en la plancha hasta ataque total y luego un calentamiento suave por menos de 30 min. Diluir a un volumen aproximado de 60 mL, añadir 30 mL de HNO3cc y completar el volumen en la fiola hasta 250 mL. Medir con pipeta volumétrica 3 alícuotas de 10 mL cada una y transferirlas a cada celda electrolítica, llevar al equipo e introducir los electrodos de platino. Agregar el volumen necesario de agua destilada, dejando una parte de ellos libre. El ánodo debe estar tarado. Electrolizar a 2,5 V por media hora. Luego de la media hora detener la agitación y diluir la solución para elevar su nivel sobre electrodos y continuar la electrolisis durante 10 min más. Eleve los electrodos lavando simultáneamente con un chorro de agua destilada el depósito que queda a la vista. Al quitar del vaso el electrodo corte la corriente eléctrica. Quitar los electrodos del equipo, lavar el cátodo por inmersión en agua destilada y alcohol. Secar en la estufa por 15 min a temperatura de 100°C. Enfriar y pesar el cátodo. Calcular el % de plomo en la muestra de incremento de peso del ánodo considerando que se ha depositado como PbO2. El factor de corrección es 0.864.
TABLAS DE DATOS EXPERIMENTALES Tabla 1. Pesos de las muestras Muestra moneda fusible
Wmuestra (g) 3.5023 0.2050
Tabla 2. Volúmenes de las soluciones preparadas y volúmenes utilizados. Muestra moneda fusible
Vsolucion (mL) 250 250
Valicuota (mL) 10 10
Tabla 3. Pesos de los electrodos con los depósitos de cobre (Cu 0) obtenidos. A B C
Welectrodo (g) 8.1502 9.1640 8.1502
Welectrodo + deposito (g) 8.2495 9.2630 8.2496
Tabla 4. Pesos de los electrodos con depósitos de óxido de plomo obtenidos. A B C
Welectrodo (g) 9.1040 8.1530 9.1040
Welectrodo + deposito (g) 9.1760 8.1615 9.1731
EJEMPLOS DE CÁLCULOS Determinación del depósito de Cu = + − = 8.2495 − 8.1502 = 0.0993
Determinación de muestra en la alícuota = × 10 = × 250 10 = 3.5023 × 250 = 0.1401
Determinación del contenido de Cu en la moneda % =
0.0993 % = × 100% 0.1401 % = 70.88%
× 100%
De forma similar se procede con los demás electrodos para la determinación de cobre. Para la determinación de plomo es similar solo varia cuando calculamos el contenido de plomen la muestra porque se le añade un factor de corrección.
Determinación del contenido de Pb en el fusible % =
× × 100% 0.0090 % = × 0.864 × 100% 0.0082 % = 94.83%
TABLAS DE RESULTADOS Tabla 1. Peso de las muestras en alícuotas de 10 mL Muestra moneda fusible
Wmuestra en alícuota 10 mL (g) 0.1401 0.0082
Tabla 2. Pesos de los depósitos de cobre en los electrodos. A B C
Wdeposito (g) 0.0993 0.0990 0.0994
Tabla 3. Pesos de los depósitos de óxido de plomo (PbO2) en los electrodos. A B C
Wdeposito (g) 0.0090 0.0085 0.0091
Tabla 4. Porcentaje de cobre y plomo en las muestras de aleación y fusible respectivamente. A B C
%Cu 70.88 70.86 70.95
%Pb 94.83 89.56 95.88
DISCUSION DE RESULTADOS Para la moneda obtenemos un contenido promedio de cobre del 70.90% y para el fusible un contenido promedio de plomo de 93.42%. en el caso de la moneda no tenemos valores teóricos esperados o con los cuales hacer una comparación directa para observar la eficiencia del método pues la concentración de la aleación puede variar, pero se encuentra en un rango permitido del cual está compuesta la aleación. Para el caso de la muestra de fusible se obtuvo una concentración elevada de plomo y el no haber llegado a un 100 % se debe a la pequeña presencia de impurezas en la muestra. Algo interesante que se pudo observar en la práctica mientras corría la muestra en el equipo fue que las dos unidades de electrolización no realizan la operación con la misma eficiencia, se pudo observar que uno de ellos (el de la izquierda) realizaba la electrodeposición más rápidamente que la otra unidad. Eso se puede confirmar con los resultados obtenidos para los análisis. En la determinación de Cu los valores de 70.88% y 70.86% se realizan en la unidad derecha mientras que el valor de 70.95% obtenido se realizó en la unidad derecha. De forma similar y más evidente sucedió en la determinación de plomo donde los valores de 94.83% y 95.88% la obtuvimos realizando en la unidad izquierda mientras que el valor de 89.56% fue obtenida en la unidad derecha. Con esto podemos ver que una unidad es más eficiente que la otra y que no realizan el trabajo de la misma manera. Y otro indicio que nos llevó a suponer eso, fue que las unidades del equipo no marcaban la intensidad de corriente que circulaba en cada una de ellas, con lo que es posible pensar que eran diferentes y que una lo realizaba a un valor mayor (izquierda) obteniendo valores un poco diferentes cuando se realizaban en la otra celda. Aparte de ello no hubo mayor problema en la realización de la práctica, el ataque de la muestra se realizó correctamente y no hubo inconvenientes, primero realizamos tres corridas en la primera semana y otras tres en la otra semana para la cual se guardó las soluciones que se usarían bien tapadas para no contaminarlas. Una pequeña complicación surgió la segunda semana por el tema de la balanza, y aunque fue un poco más complicada trabajar con esta balanza porque nos expone a obtener valores menos certeros si no se realiza una correcta prepesada y pesada no hubo muchos problemas pues fue fácil de manejar, aunque es cierto que es un poco más probable obtener menor confiabilidad de la última cifra decimal pues depende mucho de la perspectiva del operador.
CONCLUSIONES
Se determino mediante la técnica electrogravimétrica el contenido de cobre en una aleación (moneda de 10 céntimos) llegando en nuestro caso a obtener un contenido de 70.90% en cobre. Tambien se llevó a cabo la determinación de plomo en bronce mediante el análisis electrogravimétrico obteniendo plomo en 93.42% en la muestra de fusible. Es posible separar cuantitativamente elementos específicos de soluciones donde pueden contener más de un metal en la solución.
RECOMENDACIONES
Realizar un correcto lavado y secado de los electrodos antes de su uso, evitar tener partes sucias o grasosas del electrodo porque ahí no se llevaría a cabo la electrodeposición. Manejar correctamente la balanza, realizar el correcto prepesado y pesado para obtener valores certeros de peso. Atacar bien la muestra, no realizar a temperaturas muy elevadas porque podría originarse una oxidación. Tomarse el tiempo necesario para que se lleve a cabo la electrodeposición, no siempre es en solo media hora, a veces es una o más, dependiendo cuando ya no se evidencia electrodeposición se retira el electrodo.
BIBLIOGRAFÍA
Douglas A. Skoog (2008), principios de análisis instrumental, México DF, México, Ediciones paraninfo S.A., sexta edición.
https://www.britannica.com/science/constant-current-electrogravimetry
E.A.M.F. Dahmen, Electroanalysis theory and applications in aqueous and non-aqueous media and in automated chemical control, editorial Elsevier, volumen 7, pg 211.
