INFORME 5 Analisis Del Grupo IV de Cationes

ANALISIS QUIMICO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA MINERA Y METALURGICA

Introducción:

FIGMM

Los cationes son clasificados en cinco grupos de acuerdo a su comportamiento frente a ciertos reactivos, principalmente frente al ácido clorhídrico (HCl(ac)), sulfuro de hidrogeno (H2S), sulfuro de amonio (NH 4)2S y carbonato de amonio (NH4)2CO3.

La clasificación se basa en si la reacción entre los cationes

y

el

reactivo

promueve o no la formación de un precipitado, es decir, se basa en si la reacción entre los cationes

y

el

reactivo

promueve o no la formación de un precipitado, es decir, se

Figura 1.1. Tabla donde se puede observar los cationes del grupo

IV .

basa en la diferencia de solubilidades de los cloruros, sulfuros y carbonatos formados. El grupo que constituye la marcha analítica a realizarse es: El cuarto grupo de cationes comprende los iones Ca +2, Sr+2 y Ba´+2. Estos iones forman

una serie de sales poco solubles con diferentes aniones. Así, los sulfatos, los fosfatos los oxalatos y los carbonatos de los cationes del grupo IV son poco solubles. La mejor manera de separar los cationes del grupo IV por medio de la marcha analítica es transformarlos en carbonatos: Ba(CO 3)2, Sr(CO3)2, Ca(CO3)2. Pero como los

productos de solubilidad de estas sales son bastantes pequeños; de orden 10 -9; y por eso es posible precipitar prácticamente todos los cationes del grupo IV. La solubilización del precipitado obtenido que es necesaria para el análisis del grupo IV es muy simple, porque, a diferencia de los sulfatos, los carbonatos son sales de un ácido débil y se disuelven bien en ácidos. Por fin el exceso de los iones precipitantes, (CO 3)-2, se elimina fácilmente por acidificación debido a la descomposición del ácido carbónico que se forma en CO 2 y H2O.

2) Objetivos: 2.1 Identificar los cationes del grupo IV de cationes (Ca +2, Sr+2, Ba+2). 2.2 Observar las reacciones químicas características este grupo de cationes. 2.3 Diferenciar los precipitados que se producen durante las reacciones tales

como los colores; que ayudan al reconocimiento de los cationes; Ca +2, Sr+2, Ba+2; blanco, blanco, amarillo, respectivamente. 2.4 Observar todos los factores que ayudan al reconocimiento de los precipitados

formados, que se obtienen mediante reactivos que producen reacciones con los cationes de calcio, estroncio y bario.

ANALISIS DEL GRUPO IV DE CATIONES

– LABORATORIO N° 5

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3) Fundamento Teórico: 3.1 Cloruro de amonio (NH4Cl): El cloruro de amonio, cloruro amónico o clorhidrato amónico es una sal de amonio cuya fórmula química es NH4Cl. Es conocido vulgarmente también con los nombres de: sal de amoníaco, sal amoníaco, almohatre o almojáter. Su punto de evaporación es tomado como referencia en la escala de temperatura Fahrenheit. Figura 3.1. NH4Cl (ac) (ac).

3.1.1) Síntesis:

La síntesis del cloruro de amonio se produce a partir de vapores de ácido clorhídrico y de amoníaco: HCl + NH3 → NH4Cl

3.1.2) Propiedades Físicas: En estado sólido la coloración varía entre incoloro y blanco. Es inodoro e higroscópico en diversas formas. Su punto de sublimación es de 350 °C. Su densidad relativa (agua = 1) es 1,5. La presión de vapor que genera es de 0,13 kPa a 160 °C. Su masa molecular es de 53,49 g/mol.

3.1.3) Mecanismo de acción como acidificante: El cloruro de amonio eleva la acidez al incrementar la concentración de hidrogeniones (H+) libres. La dosis es la misma que en su uso como diurético.

3.1.4) Precauciones especiales: El cloruro de amonio se contraindica en personas con cirrosis y otras enfermedades hepáticas en virtud de que se puede almacenar y causar intoxicación por el amoníaco. El cloruro de amonio nunca debe usarse como único tratamiento de la alcalosis metabólica en pacientes con disfunción renal grave. Los médicos deben juzgar el uso del cloruro de amonio en pacientes con edema cardíaco o insuficiencia pulmonar debido a que puede existir un trastorno acido básico intenso. El uso de espironolactona o inhibidores de la anhidrasa carbónica como la acetazolamida puede precipitar una acidosis sistémica.

3.1.5) Reacciones adversas conocidas: Los efectos secundarios van desde cefalea, confusión, letargo, hiperventilación, bradicardia, irritación gástrica, vómitos, sed, diarrea, anorexia, glucosuria, hipocalemia, tetania, hiponatremia.



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3.1.6) Peligros químicos: La sustancia se descompone al calentarla intensamente o al arder, produciendo humos tóxicos e irritantes de óxidos de nitrógeno, amoníaco y cloruro de hidrógeno. La disolución en agua es un ácido débil. Reacciona violentamente con nitrato amónico y clorato potásico, originando peligro de incendio y explosión. Reacciona con concentrados de ácidos para formar cloruro de hidrógeno y bases fuertes para formar amoníaco. Reacciona con sales de plata para formar compuestos sensibles al choque. Ataca al cobre y compuestos.

3.2 Hidróxido de amonio (NH4OH): El Hidróxido de amonio también es conocido como agua de amoníaco o amoníaco líquido es una solución de amoníaco en agua. Técnicamente, el término "hidróxido de amonio" es incorrecto debido a que dicho compuesto no es aislable (solo lo encontramos como ion amonio e ion oxidrilo, es decir ya disociado). Sin embargo, dicho término da una fiel descripción de cómo se comporta una solución de amoníaco, siendo incluso este término usado por científicos e ingenieros. El agua de amoníaco se encuentra comúnmente en soluciones de limpieza doméstica.

Figura 3.2. NH4OH(ac).

3.2.1) Análisis químico: En soluciones acuosas, el amoníaco desprotona una pequeña fracción del agua para dar iones de amonio e hidróxido según el siguiente equilibrio químico: H2O + NH 3 ↔ NH4+ + (OH) Con una constante de basicidad (Kb) de 1.8×10 -5, en una solución 1M de amoníaco, cerca de 0.42% del amoniaco ganará protones para convertirse en iones de amonio (equivalente a un pH de 11.63). El amoníaco líquido es usado en análisis cualitativos de inorgánicos. Como muchas aminas, este muestra una coloración azul en soluciones de cobre (Cu +2). Las soluciones de amoníaco pueden disolver residuos de plata, tales como los formados por el Reactivo de Tollens. También pueden disolver metales reactivos tales como el aluminio y el zinc, con la liberación de gas de hidrógeno. Cuando el hidróxido de amonio es mezclado con peróxido de hidrógeno con la presencia de un ion metálico, como el Cu+2, el peróxido experimenta una rápida descomposición.



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3.3 Carbonato de amonio ((NH4)2CO3): El Carbonato de amonio o Carbonato amónico es una sal con la fórmula química (NH 4)2CO3. Actualmente se comercializa como mezcla de compuestos que contiene esta sal a su vez de otras del tipo amónico - carbónicas con el mismo contenido de amonio tales como el carbamato de amonio (NH 2CO3NH4) y el bicarbonato de amonio (NH 4) HCO3. Figura 3.3. (NH4 )2CO3(ac).

3.3.1) Usos: Ha sido y sigue siendo, en algunos casos, utilizado como levadura química en polvos para hornear, para leudar la masa, de manera análoga al bicarbonato de sodio. Sin embargo, en general se ha dejado de emplear debido al mal olor del amoniaco gaseoso desprendido, que puede permanecer ocluido en la masa y se ha sustituido por el bicarbonato de sodio. También se emplea en el curtido de algunas pieles, la tinción de algunos tejidos, como medicamento o como componente de sales aromáticas, y como aditivo para la regulación de acidez en la industria agroalimentaria bajo el código E503.

3.3.2) Producción: El carbonato de amonio se sintetiza mediante la combinación de amoniaco y dióxido de carbono en medio acuoso refrigerado mediante la reacción: 2NH3 + H2O + CO 2 → (NH4)2CO3 Otra vía para su síntesis es mediante la combinación de carbonato cálcico con sulfato amónico: (NH4)2SO4 + CaCO3 → (NH4)2CO3 + CaSO4

3.3.3) Análisis químico: El

carbonato

amónico

se

descompone

espontáneamente

en

bicarbonato de amonio y amoniaco: (NH4)2CO3 → (NH4) HCO3 + NH3(g)



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3.4 Ácido acético (CH3COOH): El

ácido

acético

(también

llamado

ácido

metilcarboxílico o ácido etanoico) puede encontrarse en forma de ion acetato. Se encuentra en el vinagre, y es el principal responsable de su sabor y olor agrios. Su fórmula es CH3-COOH (C2H4O2). De acuerdo con la IUPAC, se denomina sistemáticamente ácido etanoico. Es el segundo de los ácidos carboxílicos, después del ácido fórmico o metanoico, que solo tiene un carbono, y antes del ácido propanoico, que ya tiene una cadena de tres carbonos. El punto de fusión es 16,6 °C y el punto de ebullición Figura 3.4. CH3COOH (ac).

es 117,9 °C.

En disolución acuosa, puede perder el protón del grupo carboxilo para dar su base conjugada, el acetato. Su pKa es de 4,8 a 25 °C, lo cual significa, que, al pH moderadamente ácido de 4.8, la mitad de sus moléculas se habrán desprendido del protón. Esto hace que sea un ácido débil y que, en concentraciones adecuadas, pueda formar disoluciones tampón con su base conjugada. La constante de disociación a 20 °C es Ka = 1,75×10 -5. Es de interés para la química orgánica como reactivo, para la química inorgánica como ligando, y para la bioquímica como metabolito (activado como acetil-coenzima A). También se utiliza como sustrato, en su forma activada, en reacciones catalizadas por las enzimas conocidas como acetiltransferasas y, en concreto, histona acetiltransferasas. Hoy día, la vía natural de su obtención es a través de la carbonilación (reacción con CO) de metanol. Antaño se producía por oxidación de etileno en acetaldehído, el cual se oxidaba posteriormente para obtener, finalmente, el ácido acético.

3.4.1) Seguridad: El ácido acético concentrado es corrosivo y, por tanto, debe ser manejado con cuidado apropiado, dado que puede causar quemaduras en la piel, daño permanente en los ojos, e irritación a las membranas mucosas. Estas quemaduras pueden no aparecer hasta horas después de la exposición. Los guantes de látex no ofrecen protección, así que deben usarse guantes especialmente resistentes, como los hechos de goma de nitrilo, cuando se maneja este compuesto.



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El ácido acético concentrado se enciende con dificultad en el laboratorio. Hay riesgo de flamabilidad si la temperatura ambiente excede los 39 °C (102 °F), y puede formar mezclas explosivas con el aire sobre esta temperatura (límite de explosividad: 5.4 %-16 %). Los peligros de las soluciones de ácido acético dependen de su concentración. La siguiente tabla lista la clasificación UE de soluciones de ácido acético:

Las soluciones de más de 25 % ácido acético se manejan en una campana de extracción de humos, debido al vapor corrosivo y pungente. El ácido acético diluido, en la forma de vinagre, es inocuo. Sin embargo, la ingestión de soluciones fuertes es peligrosa a la vida humana y animal en general. Puede causar daño severo al sistema digestivo, y ocasionar un cambio potencialmente letal en la acidez de la sangre. Debido a incompatibilidades, se recomienda almacenar el ácido acético lejos del ácido crómico, etilenglicol, ácido nítrico y el ácido perclórico.



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3.5 Acetato de amonio ((NH4)C2H3O2): El Acetato de Amonio está disponible en forma de cristales blancos y finos o como solución en agua al 50% o al 57.5%.

Figura 3.5.1 (NH4 )C 2H3O2 (ac). Figura 3.5.2.Propiedades.

3.5.1) Aplicación: Acetato de Amonio de calidad farmacéutica se emplea para fabricar insulina y penicilina, además en cromatografía. El acetato de amonio de calidad técnica se utiliza para el tintado y la impresión de tejidos, en el tratamiento superficial de metales y como catalizador en producciones de fibra de rayón. También se usa como agente gelificante para látex de caucho, como en la producción de goma espuma, para fabricar plásticos vinílicos y en la producción de detergentes industriales.

3.5.2) Estabilidad: El Acetato de Amonio mantiene su estabilidad durante tres años a partir de la fecha de fabricación. Tanto la estabilidad física como el aspecto pueden verse alterados antes del final del periodo de validez si no se almacena sin apilar y en su embalaje original cerrado, en un lugar seco y a temperatura ambiente. El Acetato de Amonio es un producto cristalino "húmedo", lo que quiere decir que no es raro que se endurezca o apelmace. El material se puede fragmentar manualmente.



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3.6 Cromato de potasio (K2CrO4): El cromato de potasio (K 2CrO4) es una sal ternaria de potasio con cromo en estado de oxidación +6, por lo que es un fuerte oxidante.

Figura 3.6. K 2CrO4 (ac).

3.6.1) Aplicaciones: Es utilizado como indicador químico naranja para identificar la concentración de un cloruro en una solución.

3.6.2) Propiedades Físicas: El cromato de potasio es un sólido cristalino de color amarillo limón, muy estable y soluble en agua. Es una sal tóxica y ecotóxica, como muchas sales de cromo.

3.6.3) Síntesis: El cromato de potasio se produce haciendo reaccionar carbonato de potasio con dicromato de potasio: K2CO3 + K2Cr2O7 → 2K2CrO4 + CO2

3.6.4) Precauciones especiales: Este compuesto es extremadamente tóxico, cancerígeno, puede producir defectos reproductivos en caso de ingestión o inhalación. En el primer caso puede llegar a ser fatal. Además, es un oxidante muy fuerte, por lo que reacciona veloz y violentamente con muchas sustancias. En contacto con compuestos orgánicos puede reaccionar provocando explosiones.



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3.7 Sulfato de amonio ((NH4)2SO4): Se utiliza como floculante y, además, como un reactivo en purificación de ácidos (siempre que las proteínas sean solubles en medio básico y con presencia de NaCl o cloruro potásico) para precipitar proteínas solubles. En bioquímica, se usa para precipitar fraccionadamente las globulinas que no son solubles en agua y para diferenciarlas de los glóbulos rojos. Las globulinas se pueden redisolver para hacer subsecuentes análisis, como puede ser la extracción de una proteína en particular por cromatografía de afinidad con NaCl. El Sulfato de Amonio es excelente componente para la llamada precipitación fraccionada, porque, entre otras cosas, hace que el agua compita entre la disolución de esta sal o de la proteína (formada por muchos grupos carboxilo y amonio), causando que precipite la proteína con tres aminoácidos. En agricultura es usado ampliamente como garbanzos, tanto para fertirrigación como para aplicación directa al suelo por productores de hortalizas. El Sulfato de Amonio a menudo se obtiene como un producto residual de la fabricación del nylon. La frecuencia de deficiencias de Azufre promueve su mayor uso como fuente de Nitrógeno y de Azufre.

Figura 3.7. (NH4 )2SO4 (ac).

4.6.1) Producción del sulfato de amonio: Para su producción existen distintos procedimientos, todos los cuales se fundan mayoritariamente en la reacción: 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 De esta manera se hace pasar amoniaco gaseoso mezclado con vapor de agua por un saturador, provisto con un agitador, que contiene una disolución saturada de sulfato de amonio y en la que se mantiene un 2% de ácido sulfúrico libre. Con esto de manera continua. Según otro procedimiento, en una cámara a 100°C se pulveriza ácido sulfúrico concentrado y gas NH 3, con lo que el agua se evapora y la sal seca se



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deposita en el fondo. Otra vía posible es mediante la reacción de sulfato cálcico con el bicarbonato de amonio para precipitar el carbonato cálcico, liberar dióxido de carbono: CaSO4 + 2(NH4) HCO3 → CaCO3 + (NH 4)2SO4 + CO2 + H2O

3.8 Carbonato de Calcio (CaCO3): El carbonato de calcio es un compuesto químico, de fórmula CaCO3. Se trata de un compuesto ternario, que entra en la categoría de las oxisales. Es una sustancia muy abundante en la naturaleza, formando rocas, como componente principal, en todas partes del mundo y es el principal componente de conchas y esqueletos de muchos organismos (p.ej. moluscos, corales) o de las cáscaras de huevo. Es la causa principal del agua dura. En medicina se utiliza habitualmente como suplemento de calcio, como antiácido y agente absorbente. Es fundamental en la producción de vidrio y cemento, entre otros productos.

Figura 3.8. CaCO3 (S).

3.9 Carbonato de Estroncio (SrCO3): El carbonato de estroncio es polvo blanco o grisáceo, inodoro y sin sabor. Su composición química es: C 14,08% El 32,51% Sr 59,35%. Como carbonato es una base débil y por lo tanto es reactivo con ácidos. Es por otro lado estable y seguro de ser manejado. Es prácticamente insoluble en agua (1 parte en 100000). La solubilidad aumenta significativamente si el agua está saturada con CO 2 para 1 parte en 1000. Es soluble en ácidos diluidos.

Figura 3.9. SrCO3 (S).



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3.10 Carbonato de Bario (BaCO3): El carbonato de bario (BaCO 3), también conocido como witherita, es un compuesto químico utilizado como veneno para ratas, y para fabricación de ladrillos, esmaltes cerámicos y cemento. La witherita cristaliza en el sistema ortorrómbico. Los cristales están siempre hermanados en grupos de tres, dando lugar a formas pseudo-hexagonales que se asemejan a cristales bipiramidales de cuarzo, las caras suelen ser ásperas y están estriadas horizontalmente. A 1084 K se produce un cambio polimórfico a una fase hexagonal que cambia a cúbica a 1254 K. El mineral recibe su nombre por William Withering, quien en 1784 reconoció que era químicamente diferente de la barita. Se presenta en vetas de minerales plomo en Hexham, Northumberland; en Alston, Cumbria; en Anglezarke, cerca de Chorley; en Lancashire y otras localidades. La witherita se altera fácilmente para dar sulfato de bario por la acción del agua que contiene sulfato de calcio en disolución. Por tanto, los cristales poseen con frecuencia incrustaciones de barita. Es la principal fuente de sales de bario y se extrae en cantidades considerables en Northumberland. Se utiliza para la preparación de veneno para ratas, en la fabricación de vidrio y porcelana, y anteriormente para el refinado de azúcar. También se utiliza para controlar la proporción cromato/sulfato en los baños electrolítico de cromo.

Figura 3.10. BaCO3 (S).



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4)


Materiales:

FIGMM

4.1 8 tubos de ensayo. ( Figura 4.1). 4.2 1 pipeta. ( Figura 4.2 ). 4.3 1 embudo de vidrio. ( Figura 4.3 ). 4.4 1 pinza. ( Figura 4.4 ). 4.5 1 vaso de vidrio de 250 ml ( Figura 4.5 ). 4.6 3 papeles filtro. ( Figura 4.6 ). 4.7 5 papeles tornasol. ( Figura 4.7 ).

Figura 4.1.Ocho tubos de ensayo.

4.8 Solucion muestra y reactivos ( Figura 4.8 ).

Figura 4.2. Una pipeta.

Figura 4.3. U n embudo de vidrio.

Figura 4.5.U n vaso de vidrio de 250ml.

Figura 4.8 .Solucion muestra.


Figura 4.6.dos papeles filtro.

Figura 4.4.U na pinza..

Figura 4.7. Papel tornasol .

Figura 4.8 .Reactivos principales.


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5)


Procedimiento Experimental:

FIGMM

5.1 La solución filtrada del Grupo III de cationes contiene los cationes del IV y V Grupo, esta es la solución entregada.

Solucion

muestra;

que

contiene los cationes del grupo IV y V de cationes.

5.2 Añadimos a la solución entregada gotas (3 – 4) de NH4Cl, luego alcalinizamos con NH4OH (15N) (usando el papel tornasol como indicador); calentamos la solucion y no se observará cambios significativos. Posteriormente añadimos hasta la precipitación completa gotas de (NH4)2CO3: Observaciones: a) A nuestra solucion muestra le agregamos de 10 gotas de NH4Cl(ac):

Reacciones que se producen:

BaS + NH4Cl → BaCl2(ac) + (NH4)2S

→ SrCl2(ac) + (NH4)2S CaS + NH4Cl → CaCl2(ac) + (NH4)2S SrS + NH4Cl

b) Posteriormente le agregamos de 18 gotas de NH4OH(ac); de este modo

estaremos alcalinizando nuestra solucion; para darnos cuenta de esto usaremos la ayuda del papel tornasol:

Papel tornasol indicando color azul; medio básico.

Reacciones que se producen: BaCl2(ac) + (NH4)2S + 2NH4(OH) → Ba(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S

→ Sr(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S CaCl2(ac) + (NH4)2S + 2NH4(OH) → Ca(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S SrCl2(ac) + (NH4)2S + 2NH4(OH)



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c)

Calentamos la solucion alcalinizada:


→ Ba(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + S°↑↑ Sr(OH)2 + 2NH4Cl + (NH 4)2S + calor → Sr(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + S°↑↑ Ca(OH)2 + 2NH4Cl + (NH 4)2S + calor → Ca(OH) 2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + S°↑↑

Ba(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor

d) Una vez calentado la solucion alcalinizada; añadimos hasta la precipitación

completa gotas de (NH4)2CO3; el medio es básico para la precipitación completa:

Reacciones que se producen: Ba(OH)2 + (NH4)2CO3 → BaCO3(s)↓↓ + 2NH4(OH)

→ SrCO3(s)↓↓ + 2NH4(OH) Ca(OH)2 +(NH4)2CO3 → CaCO3(s)↓↓ + 2NH4(OH)

Sr(OH)2 + (NH4)2CO3

Entonces (NH4)2CO3

al

agregar

observamos

la

formación de un precipitado color blanco.



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5.3 Después de reposar unos segundos, filtre y deseche la solucion pasante; el precipitado obtenido está formado por CaCO 3, SrCO3 y BaCO3. Añada sobre el precipitado gotas de CH 3COOH (17N) hasta que la disolución del precipitado sea total (si es necesario refiltre); añada a la solución obtenida gotas (10 – 12) de (NH4)2C2H3O2, caliente la solución unos segundos luego añada gotas de K 2CrO4 hasta observar la formación de un precipitado. Observaciones:

Entonces una vez de haber filtrado la solucion, procedemos a desechar la solucion pasante y trabajamos con el precipitado que contiene los carbonatos BaCO3(s)↓↓ ; SrCO3(s)↓↓ ; CaCO3(s)↓↓

a) A nuestro precipitado le añadimos gotas de ácido acético CH3COOH (17N);

hasta que la disolución del mismo sea total:


→ Ba(CH3COO)2(ac) + H2CO3 SrCO3(s)↓↓ + 2CH3COOH → Sr(CH3COO)2(ac) + H2CO3 CaCO3(s)↓↓ + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2(ac) + H2CO3 BaCO3(s)↓↓ + 2CH3COOH



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b) Una vez de haber diluido totalmente los carbonatos de los precipitados

formados; le añadimos a la solucion final de 10 a 12 gotas de del reactivo acetato de amonio (NH4)2C2H3O2.

Reacciones que se producen: Ba(CH3COO)2(ac) + H2CO3 + NH4C2H3O2 → BaCO3 + 2CH3COOH + NH 4C2H3O2

→ SrCO3 + 2CH3COOH + NH4C2H3O2 Ca(CH3COO)2(ac) + H2CO3 + NH4C2H3O2 → CaCO3 + 2CH3COOH + NH 4C2H3O2 Sr(CH3COO)2(ac) + H2CO3 + NH4C2H3O2

c)

Después de haberle agregado acetato de amonio (NH4)2C2H3O2; procedemos a calentar por unos segundos la solucion y posteriormente le añadimos gotas de K2CrO4; hasta observar la formación de un precipitado color amarillo que sería en este caso BaCrO4(s)↓↓

Reacciones que se producen: BaCO3 + K2CrO4 + 2CH3COOH → BaCrO4↓↓+ K2CO3 + 2CH3COOH SrCO3 + K2CrO4 + 2CH3COOH → SrCrO4 + K2CO3 + 2CH3COOH CaCO3 + K2CrO4 + 2CH3COOH → CaCrO4 + K2CO3 + 2CH3COOH



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d) Entonces una vez obtenido el precitado color amarillento BaCrO4(s)↓↓ en

equilibrio con la solucion en c); el paso siguiente seria filtrar dicho precipitado y conservar la solucion pasante que contiene los cationes Sr+2 y Ca+2: Comprobamos la presencia del catión Ba +2 Observaciones: e) f)

Entonces una vez de haber filtrado la solucion,

g)

procedemos a verificar la presencia del catión

h)

Ba+2 mediante el cromato de bario precipitado de

i)

color amarillo BaCrO4(s)↓↓

j) k) l)

5.4 La solucion pasante en 5.3 contiene el cromato de estroncio SrCrO4 y el cromato de calcio CaCrO4; entonces a este ultimo lo alcalinizamos con NH 4OH (15N); calentamos por unos segundos y luego le añadimos gotas de (NH 4)2CO3 hasta completar la precipitación.

Filtramos

en

caliente

y

desechamos

la

solucion

pesante.

Posteriormente disolvemos completamente el precipitado con gotas de CH3COOH (17N); alcalinizaos la solucion con NH 4OH (15N); calentamos por unos segundos y finalmente añadimos gotas de (NH 4)2SO4 hasta observar la formación de algún precipitado; filtramos y conservamos la solucion pasante: Observaciones: a) A la solucion pasante en 5.3 lo alcalinizamos con NH4OH (15N):



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Reacciones que se producen: CaCrO4 + K2CO3 + 2CH3COOH + 2NH4(OH) → Ca(OH)2 + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4 SrCrO4 + K2CO3 + 2CH3COOH + 2NH4(OH)

→ Sr(OH)2 + K2CO3 + 2CH3COOH

+ (NH4)2CrO4

b) Calentamos la solucion:

c)

Una vez calentada la solucion añadimos gotas de (NH4)2CO3; hasta completar la precipitación; filtramos y desechamos la solucion pasante: Observaciones:

Reacciones que se producen: Ca(OH)2 + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4 + (NH4)2CO3 + calor → CaCO3↓↓ +

2NH4(OH) + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4 Sr(OH)2 + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4 + (NH4)2CO3 + calor → SrCO3↓↓ +

2NH4(OH) + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4



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d) Luego de filtrar diluiremos completamente el precipitado obtenido en c);

con CH3COOH (17N) en caliente: Observaciones:

Reacciones que se producen: CaCO3(s)↓↓ + 2CH3COOH + calor → Ca(CH3COO)2(ac) + H2CO3(ac) SrCO3(s)↓↓ + 2CH3COOH + calor → Sr(CH3COO)2(ac) + H2CO3(ac) e) Enseguida alcalinizamos la solucion diluida con NH4OH (15N); para

asegurar el medio básico: Observaciones:

Reacciones que se producen: Ca(CH3COO)2(ac) + H2CO3(ac) + 2NH4(OH) → Ca(OH) 2(ac) + 2NH4(CH3COO) + H 2CO3(ac) Sr(CH3COO)2(ac) + H2CO3(ac) + 2NH4(OH)


→ Sr(OH)2(ac) + 2NH4(CH3COO) + H 2CO3(ac)


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f)

Calentamos la solucion por unos segundos; no se observará cambios significativos:

g) Luego de haber calentado la solucion alcalinizada; procedemos a añadir

gotas de (NH4)2SO4; hasta observar la formación de algún precipitado; filtramos y conservamos la solucion pasante: Observaciones: Reacciones que se producen: Sr(OH)2(ac) + (NH4)2SO4 → SrSO4↓↓ + 2 NH4(OH) Ca(OH)2(ac) + (NH4)2SO4 + 2NH4(CH3COO) + H 2CO3(ac) → CaSO4 + 2 NH4(OH) +

2NH4(CH3COO) + H 2CO3(ac)

Entonces una vez de haber filtrado la solucion, procedemos a verificar la presencia del catión Sr+2 mediante

el

sulfato

de

estroncio precipitado de color blanco SrSO4(s)↓↓



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ANALISIS QUIMICO


5.5 Alcalinizamos la solución pasante en 5.4 con NH4OH (15N), luego añadimos gotas de (NH4)2C2O4; enseguida calentamos la solución unos segundos; hasta observar la particular presencia de algún precipitado. Observaciones: a) Alcalinizamos la solucion pasante en 5.4 con unas gotas de NH4OH (15N)

y consecutivamente añadimos unas gotas de ( NH4)2C2O4; luego llevamos dicha solucion a la plancha de ataque; esperamos unos segundos hasta observar la formación de algún precipitado blanquecino.

Reacciones que se producen: CaSO4(ac) + 2 NH4(OH)(ac) + 2NH4(CH3COO) (ac) + H2CO3(ac) + NH4(OH) → Ca(OH)2(ac) +

(NH4)2SO4 + 2 NH4(OH) + 2NH 4(CH3COO) Ca(OH)2(ac) + (NH4)2C2O4(ac) → CaC2O4(s)↓↓ + 2NH4(OH)



21

ANALISIS QUIMICO

Solucion muestra


Diagrama de flujo

FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA MINERA Y METALURGICA

FIGMM

6)

Dia + NH4Cl + NH4OH

+(NH4)2CO3

Filtrar

+ calor

+ (NH4)2C2H3O2

Calentamos

+ K2CrO4

Filtrar

Diluimos + CH3COOH

y

22 ANALISIS DEL GRUPO IV DE CATIONES

– LABORATORIO N ° 5

ANALISIS QUIMICO


.

7)

Diagrama de

t

+ calor

+ NH4OH

+ (NH4)2CO3

i l

Diluimos

Filtrar

+ CH3COOH

+ NH4OH + calor

+ (NH4)2SO4

y



ANALISIS QUIMICO


.

FIGMM

8)

Diagrama de + calor

+ (NH4)2C2O4

+ NH4OH i l

Reposamo



ANALISIS QUIMICO


7) Conclusiones generales:

FIGMM

7.1 Los carbonatos formados de los cationes del grupo IV; CaCO 3, BaCO3, SrCO3; son

insolubles en NH4OH; ya que este último reactivo brinda el medio en el que precipitaran los cationes del grupo IV (Ca +2 Ba+2 Sr+2). 7.2 El reactivo precipitante principal para el cuarto grupo de cationes es el

carbonato de amonio (NH4)2CO3. 7.3 El medio en que se trabaja las reacciones para lograr la precipitación es básico. 7.4 Nunca se logra la precipitación completa debido a que existe una parte de la

sal a ´precipitar cuyo producto iónico es igual a su producto de solubilidad; es de ese modo que se mantiene en equilibrio y no causa dificultades en las reacciones siguientes. 7.5 Para el caso del reconocimiento del catión de calcio Ca +2 el reactivo precipitante

luego de moldear el medio fue oxalato de amonio (NH4)2C2O4. Formando así un precipitado de color blanco cuya formula química es oxalato de calcio CaC2O4(s)↓↓ 7.6 Para la identificación del catión de bario Ba +2 el reactivo precipitante fue el

cromato de potasio K 2CrO4, formando así un precipitado de color amarillo cuya formula Quimica es cromato de bario BaCrO4(s)↓↓ 7.7 Para la identificación del catión de estroncio Sr +2 el reactivo precipitante fue el

sulfato de amonio (NH 4)2SO4, formando así un precipitado de color blanco cuya formula química es sulfato de estroncio SrSO4(s)↓↓ 7.8 Después de separar el Ba +2 como BaCrO4(s)↓↓ ; la solucion pasante luego de

filtrar se debe disolver de manera efectiva con CH 3COOH caliente pues debemos recordar que el K2CrO4 también forma un precipitado con el catión Sr+2; pero a diferencia del BaCrO4, que no se disuelve en CH 3COOH, el del Sr +2 si se disuelve.



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ANALISIS QUIMICO


8) Observaciones:

FIGMM

8.1 Debido a que en todo el experimento debemos saber el medio para poder

realizar la eliminación de los cationes; una manera simple de determinarse si el medio es ácido o base es utilizar papel de tornasol. El papel de tornasol es una tira de papel tratada que se vuelve color de rosa cuando está sumergida en una solución ácida, y azul cuando está sumergida en una solución alcalina. 8.2 Durante la eliminación de los cationes del cuarto grupo se estuvo llevando en

ciertos casos la solucion para eliminar el azufre contenido en la misma. 8.3 Al iniciar el análisis se debe corroborar que no haya cationes del grupo III pues

perjudican el avance del análisis, otra precaución que se debe tomar es que la precipitación debe efectuarse con presencia de NH 4OH y NH4Cl para efectuar el medio básico, a partir de la solución calentada debemos recordar siempre que la precipitación debe hacerse completa. 8.4 Cuando hacemos uso del oxalato de amonio es necesario tener mucho cuidado

al realizar algún contacto con el fuego debido a que expulsaría grandes cantidades de vapores tóxicos. 8.5 Siempre es necesario tener todos los equipos de seguridad para evitar

accidentes con los reactivos; en especial los ácidos.



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ANALISIS QUIMICO


9) Resolución del cuestionario:

FIGMM

9.1 ¿Qué inconvenientes experimentales se asocian a la identificación de los cationes respectivos?

Al inicio del procedimiento si no se procede a alcalinizar correctamente la solución o se acidifica demasiado, el pH de nuestra solución puede variar. Si acidificamos por demás, entonces: pH < 9.2 lo que conlleva a que la precipitación de los cationes del grupo IV sea incompleta. 9.2 A una disolución 0,1 M de

++ y 0,1 ++ se añade lentamente sulfato de sodio.

Se pide:  a) Hallar la concentración del  cuando aparece el primer precipitado b) Hallar la concentración de ++ y ++ cuando comienza a aparecer el segundo precipitado. Kps(CaSO ): 2,4× −, Kps(BaSO ): 1,1× − . 4

4

Para ver quien precipitara en primer lugar hallaremos una relación entre las concentraciones de los iones y sus respectivos Kps.

+  Kps CaSO4 = +  Kps BaSO4 +  2,4×10− =1 < +  1,1×10− Con lo cual se establece, que el sulfato de bario (BaSO4) precipitará primero. a) Tenemos lo siguiente:

Para el primer sulfato que precipite: (BaSO ) = +  ×[SO − ] 1,1× 10−

= 0,1×[SO− ]

∴ [ − ] = 1,1× − M Para el segundo sulfato que precipite: (CaSO) = +  ×[SO − ] 2,4× 10−

= 0,1×[SO − ]

∴ [SO − ] = 2,4× 10− M



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ANALISIS QUIMICO


b) De las operaciones previas tenemos lo siguiente:

[− ] = 2,4× −

M (concentración del ion sulfuro cuando precipita el

) (CaSO ) = +  ×[SO− ] 2,4× 10−

= +  ×2,4×10−

∴ +  = ,  M (BaSO ) = +  ×[SO − ] 1,1× 10−

= +  ×2,4×10−

∴ +  = 4,5×10−7

M

9.3 Se mezclan 10 ml de BaCl 2 0,1 M con 40 ml de Na2SO4 0,1 M ¿Precipitara el sulfato de bario? En caso afirmativo hallar las concentraciones de todos los iones en la disolución, tras la precipitación. Kps(BaSO ): 1,1× − . 4

Para determinar si habrá precipitación o no tendremos que comparar la concentración de sus iones con su respectivo Kps. En un inicio:

  = 0,1  → +  = 0,1    = 0,1  → [SO− ] = 0,1  Después de la dilución las concentraciones serán:

+  = 0,02  [SO− ] = 0,08  (BaSO ) ? ? +  ×[SO − ] 1,1× 10− < 0,02 × 0,08 < 1,6× 10−3 1,1× 10− ∴ Se dará la precipitación del sulfato de bario.



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ANALISIS QUIMICO


9.4 ¿Cómo se debe proceder si una persona sufre salpicaduras de ácido acético concentrado caliente?

En caso de que la persona haya tenido contacto con el ácido acético se recomienda retirar inmediatamente la ropa, lavar la parte afectada con abundante agua y jabón, mínimo durante 15 minutos. Si la irritación persiste, repetir el lavado. Buscar atención médica inmediata. 9.5 ¿Qué condiciones de trabajo experimental se deben considerar para la adecuada identificación de los cationes del grupo IV?

Primeramente, asegurar la seguridad del grupo usando mascarillas para evitar inhalar el gas que emite el NH4OH 15N debido a su alta concentración. Para identificar correctamente los cationes del grupo IV los instrumentos deben ser limpiadas correctamente y des ionizar con el agua destilada. Al agregar los reactivos agregar hasta que forme el precipitado y esperar a que se deposite, luego agregar un poco más de reactivo para observar si logro precipitar todo. Por ningún motivo agregar demasiado reactivo porque se tornaría muy acido o básico, y a la hora de alcalinizar se tendría que gastar mucho reactivo neutralizante y tiempo. 9.6 Justifique la función que cumplen los siguientes reactivos: NH 4Cl, NH4OH, (NH4)2CO3 . ¿podría reemplazarse en cada uno de ellos el catión Na + por el ion NH 4+? •

El NH4Cl tiene la función de mantener un pH adecuado (>7) con la finalidad de lograr una precipitación completa de los cationes del IV grupo en forma de carbonatos.

•

El NH4OH sirve para poder alcalinizar la solución.

•

El (NH4)2CO3 podemos poder identificar al catión Ca+2 en forma de sal. Ca(OH) 2 + (NH4)2CO3 → CaCO3↓↓+ 2NH4(OH) No solamente se puede reemplazar el catión Na+ por el ion NH4+ sino también el ion Ca+2 pero no se hace por que se volatilizan mucho más difícilmente que las del ion amonio.

9.7 Identifique las reacciones químicas producidas en la identificación de cada catión del grupo IV usando la experiencia del color de la llama.

REACTIVOS CATIONES

+ Coloración de la

Amarillo-

llama

verdosa


+

+

Rojo-Carmín

Rojo-Ladrillo


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ANALISIS QUIMICO


9.8 ¿Qué sucedería si recibe ácido sulfúrico diluido en lugar (NH 4)2CO3?

Experimentalmente añadimos gotas de cloruro de amonio NH4Cl para que disminuya su pH hasta el valor necesario, luego añadimos gotas de Hidróxido de amonio NH4OH para alcalinizar nuestra solución, finalmente añadimos (NH4)2CO3, pero que pasa si en carbonato de amonio le agregamos ácido

sulfúrico   , tendríamos sulfuros de los cationes del grupo IV que son solubles en agua. 9.9 Justifique y demuestre el uso de los reactivos cromato de potasio, sulfato de amonio y oxalato de amonio que actúan como reactivos específicos en la presente experiencia. Identificación de la presencia del catión + : •

El cromato de potasio   , forma un precipitado de color amarillo qué es Ba  , sin embargo, con el catión  + también forma un precipitado de color amarillo Sr  , que solo se distingue por su solubilidad en ácido acético. Para prevenir la formación de Sr  hace falta efectuar la reacción en presencia de 3 COOH , Los iones  + del − − ácido acético fijan los aniones  formando  de tal manera que − la concentración de  disminuye tanto que el producto ionico de Sr no alcanza el valor del producto de solubilidad de Sr  .

Identificación de la presencia del  + : •

El sulfato de amonio ( )  , forma un precipitado blanco Sr  , que prácticamente es insoluble en ácidos.

Identificación de la presencia del + •

El oxalato de amonio (NH4)2CO4 forma con los iones + un precipitado blanco de oxalato de calcio soluble en ácidos minerales, pero insoluble en ácido acético:

+    − →   ↓ 9.10 ¿Cuál es el intervalo óptimo de pH para el reconocimiento de los cationes del grupo IV?

El valor del pH es en gran parte determinado aquí por la presencia en la solución de un exceso de (NH4)2CO3 que se hidroliza casi completamente en la solución según la ecuación:

NH +  CO3 −  H O ↔ HCO3−  NH OH



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ANALISIS QUIMICO


Por esta razón la solución de carbonato amónico es en realidad una mezcla de cantidades aproximadamente equivalentes de

 

y de sal amónico

 3 , o sea, es una mezcla amortiguadora amoniacal con un pH ≈ 9.2. Con este pH se logra una precipitación prácticamente completa.



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INFORME 5 Analisis Del Grupo IV de Cationes

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