UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENÍERIA QUÍMICA
PRACTICA Nº3 CURSO: Análisis Químico - Laboratorio PRESENTADO POR: Ponce Febres Gleen Stev DOCENTE: Dr. Oscar Meza Cornejo TURNO : Miercoles 7- 10 am CUI: 20083015 AREQUIPA- PERÚ 2011
GRAVIMETRIA DE PRECIPITACION DETERMINACION DE SILICE IMPURA EN CEMENTO OBJETIVOS
Ejercitarse en las operaciones básicas de disolución, precipitación, filtración, lavado y calcinación, que se llevan a cabo en gravimetría.
Definir qué son silicatos y cómo se clasifican.
Calcular el porcentaje de sílice en una muestra de cemento.
1.- INTRODUCCION
La gravimetría es un método analítico cuantitativo, es decir, que determina la cantidad de substancia, midiendo el peso de la misma (por acción de la gravedad).. Gravimetría por precipitación
Generalmente se trata de gravimetría por precipitación, donde una substancia muy poco soluble que está relacionada (directa o indirectamente) con el compuesto a analizar (analito) se separa de la solución original, se filtra, se seca o calcina y en base al peso de la sustancia que queda (residuo) se calcula la cantidad de analito buscado. Reactivo precipitante
El reactivo o agente precipitante es una solución lo más diluida posible pero de una concentración aproximada, a la que se le debe agregar siempre un ligero exceso por dos razones:
Para asegurarse de que la reacción ha sido total. Para disminuir la solubilidad del precipitado. Por efecto ion común, el precipitado es más insoluble en una solución que contenga un ion común con él, que con agua pura.
La reacción química que va a servir de base para el análisis debe dar un precipitado que debe cumplir con una serie de condiciones: 1. Deberá ser cuantitativo: Estrictamente ésto pocas veces es posible, pero la diferencia entre la cantidad real obtenida y la estequiometria deberá ser menor que la sensibilidad de la balanza (no deberá ser detectable por métodos ordinarios de pesada). 2. Deberá estar libre de impurezas: Estrictamente, tampoco es posible; siempre hay algún fenómeno de adsorción y/o absorción de otros iones que tienden a impurificar la muestra. Se procura limitar la impurificación a un mínimo compatible con la precisión que se busca.
3. Deberá ser fácil de filtrar ya sea por papel de filtro analítico cuantitativo del tamaño de poro adecuado, por crisol de Gooch (éstos para calcinar), crisol de vidrio, de cuarzo ó de porcelana sinterizados (éstos últimos exclusivamente para precipitados que van a ser secados). 4. Deberá ser fácil de lavar sin que haya pérdidas por solubilidad apreciables. Secuencia práctica de un análisis gravimétrico
1. Toma de muestra y pesada por duplicado. 2. Disolución. 3. Toma de porción alícuota (si corresponde). 4. Dilución. 5. Ajuste del pH y de la temperatura previo a la precipitación. 6. Adición del reactivo o agente precipitante en solución lo más diluida posible, bajo constante agitación. 7. Adición de un ligero exceso, previo a comprobación. 8. Agitación con varilla de vidrio. 9. Digestión del precipitado. 10. Filtración. 11. Lavado del precipitado.
12. Control del líquido de lavado: La ausencia de un ion tomado como referencia nos indica el final del lavado. 13. Lavado final. 14. Introducción del papel de filtro con el precipitado, en el crisol de porcelana previamente tarado. 15. Quemado del papel a baja temperatura, sin que arda. 16. Calcinación en mufla hasta peso constante. 17. Se coloca el crisol con residuo en el desecador para que tome temperatura ambiente. 18. Pesado del crisol con el residuo. 19. Cálculos.
Expresión final del resultado del análisis en % p/p, %p/v, %g/l, ppm, o lo que corresponda. Digestión del precipitado
Normalmente consiste en dejar el precipitado a baño María un par de horas; otras veces (como en el caso de determinación de fosfatos), le sigue un reposo en heladera aproximadamente de 3 ºC a 4 ºC por algunas horas más. Durante la digestión el precipitado va purificándose. Deja en las aguas madres los iones que lo impurifican (que eran impurezas adsorbidas). Filtración
Si el producto de la precipitación va a ser calcinado se usa papel de filtro analítico cuantitativo de diámetro apropiado para cada tipo de embudo. Lavado
El lavado tiene como objeto liberar al precipitado de las substancias que lo acompañan y que forman parte de la solución madre.
La solución de lavado consiste en una solución diluida de un electrolito que tenga un ion común con el precipitado, para minimizar pérdidas por solubilidad; otras veces se lava con agua caliente. Nunca un precipitado debe lavarse con agua fría porque se produce peptización. 1.1.- GENERALIDADES
El silico se determina como sílice por lo que se dice directamente determinación de sílice, su determinación puede hacerse como sílice impura y sílice pura. A) SILICE IMPURA
Es la que se obtiene como sílice más residuos insolubles que son separados por filtración o centrifugación después del ataque con ácidos de una muestra constituida de silicatos. Determinación gravimétrica de silicatos. SiO2 y óxidos metálicos.
Los silicatos son compuestos formados por
Ejemplos: silicato bicálcico 2CaO.SiO2, silicato tricálcico 3CaO.SiO2. Desde el punto de vista analítico, los silicatos se dividen en dos grupos:
Silicatos solubles: se descomponen cuando se tratan con HCl. Silicatos insolubles: no se descomponen cuando se tratan con HCl.
Casos que se presentan: a) Silicatos u otras muestras solubles en acido: Los silicatos solubles a los ácidos dan primero el acido sillico ,el ataque se realiza con acido clorhídrico y acido nítrico para minerales sulfurados, aceros y aleaciones produciendo acido silico gelatinoso que se insolubiliza con acido clorhídrico o perclórico y con una temperatura de 100 a 110 ºC, luego se filtra y se calcina en un crisol a unos 1050 ºC. b) Silicatos u otras muestras insolubles en acido: El ataque se realiza mezclando la muestra con material fundente y se lleva a un crisol y se disgrega. Una vez disgregada y fría la muestra en un vaso de precipitados se lleva a ebullición con agua y se le agrega 5 ml de acido clorhídrico concentrado y luego se vuelve agregar el HCl y se calienta para deshidratar la sílice, se filtra y se calcina, determinándose la sílice impura. B) SILICE PURA
a) Silicatos u otras muestras solubles en acido: Se trabaja de l a misma manera que en la parte (a) anterior luego se añade agua hasta cubrir la muestra y se le añade 4 gotas de acido sulfúrico y 4 – 5 de HF luego se calienta a sequedad, luego se pesa el crisol por diferencia de peso respecto a la sílice impura se determina la sílice pura. b) Silicatos u otras muestras insolubles en acido: Se trabaja de la misma manera que en la parte (b) del ítem anterior y luego se procede como la parte (a) anteriormente expuesto .La pérdida de peso representa el peso de la sílice pura.
2.- EQUIPO
Balanza analítica Plancha eléctrica Mufla o soplete
BALANZA
Desecador Crisol de porcelana
MUFLA
DESECADOR
3.- MATERIAL DE VIDRIO
Erlenmeyer de 250 ml. Probetas de 10 ml.
Erlenmeyer
Vagueta – Embudo
Vagueta Embudo
Crisol
4.- REACTIVOS
Cemento Acido Clorhídrico Cloruro de Amonio Acido nítrico
5.- PROCEDIMIENTO
Pesar muestra y pasar a un Erlenmeyer seco y limpio. Añadir 1.5g de cloruro de amonio Agregar 10 ml. De HCl concentrado. Añadir de 2-3 gotas de ac.nitrico concentrado y calentar hasta ebullición hasta que se forme un residuo pastoso amarillo. Retirar el erlenmeyer de la fuente de calor y añadir 10 ml. de agua destilada hervida hasta que el residuo pastoso se convierta en una solución amarillenta clara. Filtrar y lavar el precipitado con agua destilada caliente Se coloca en papel filtro más contenido en un crisol ya pesado y se lleva a calcinación a 1050 ºC en una mufla por una hora. Enfriar el crisol y llevarlo al desecador luego se p esa. Realizar los cálculos.
Expresión del Resultado:
6.- RESULTADOS Y COMENTARIOS
TABLA DE DATOS Información requerida
Peso de la muestra de cemento Peso del crisol Peso del crisol + SiO2 Peso del SiO2 Porcentaje de SiO2 % Peso del pesafiltros
Gramos 0.5 20.995 21.166 0.171 34.2 22.860
En la práctica realizada se llego a determinar que hay silicatos solubles e insolubles, los primeros se identifican porque se descomponen al tratarse con acido clorhídrico y los insolubles no se descomponen al ser tratados con dicho acido. Se utilizo un pesafiltros de vidrio el cual en nuestras próximas prácticas este valor será siempre los mismos 22.860 gramos. Los silicatos solubles a los ácidos dan primero el acido silico. El cloruro de amonio es como tampón si se agrega mucho se descompone. El acido ataca al cemento, lo solubiliza y se transforma en sales. Se reforzó las operaciones básicas de disolución, p recipitación, filtración, lavado y calcinación. Para poder sacar el crisol de la mufla se tuvo q hacer uso de unas pinzas de largo alcance ya que calor emitido por la mufla al abrir la puerta es de gran intensidad.
7.-CUESTIONARIO
7.1.- ¿Que representa la presencia de sílice en el cemento?
7.2.- ¿Que importancia tiene la determinación de la sílice?
El sílicio es el segundo elemento más abundante del planeta y se encuentra en la mayoría de las aguas. Es el constituyente común de las rocas ígneas, el cuarzo y la arena. La sílice existe normalmente como oxido (como Si02 en la arena y como silicato Si03. Puede estar en forma insoluble, soluble y coloidal. Muchas aguas naturales contien en menos de 10 mg/l de sílice, algunas pueden llegar a contener hasta 80 mg/l. Las aguas volcánicas la contienen abundancia. El análisis de la sílice en el agua de alimentación de las calderas de alta presión, es de gran importancia para evitar la formación de depósitos duros de sílice en los tubos de las calderas y en las aspas de las turbinas de vapor. Es importante conocer el contenido de la sílice en aguas de uso industrial y aguas de desecho. Los análisis de la sílice, también proporcionan un método sensitivo para el control de la operación los desmineralizadores de agua, ya que la sílice es una de las primeras impurezas que salen a través de una unidad agotada. Se puede eliminar la sílice del agua por intercambio iónico, destilación, tratamientos con cal, carbonato y magnesio. En ocasiones es usado para formar capas protectoras internas en las tuberías para inhibir la corrosión. No tiene efectos tóxicos conocidos.
7.3.-Mencione las diferentes clases de sílice. Los silicatos: suponen un especial problema al suponer unos minerales bastante extendidos y diferenciados que forman el 1,8% de la superficie terrestre. Su clasificación se ha realizado más en bases estructurales que químicas y, más precisamente, en el modo en el que la unidad fundamental [Si04]4- que los constituye está ligada con los ione s próximos. Se distinguen con ello las siguientes subclases: Nesosilicatos: con grupos tetraédricos aislados, en el sentido de que cada valencia libre del tetraedro queda saturada por un catión distinto del silicio; presentan generalmente, aspecto tosco y son duros; el peso específico y el índice de refracción son elevados Sorosilicatos: con dos tetraedros unidos por un vértice para formar un grupo [Si207]6-estos grupos se unen, con las tres valencias libres de una parte y las tres opuestas de la restante, con cationes distintos al silicio Ciclosilicatos: silicatos con grupos formados por 3, 4 o 6 tetraedros, unidos en anillos triangulares, cuadrangulares o hexagonales; los más frecuentes son aquellos formados por anillos con seis tetraedros; Inosilicatos: silicatos formados por grupos de tetraedros unidos en caden as indefinidas; los más frecuentes son los que presentan cadenas abiertas simples, típicas de los piroxenos, o bien cadenas dobles o cerradas, características de los anfíboles; prevalecen las formas circulares o fibrosas; en general es característico de estos silicatos la presencia de una fácil exfoliación paralela al eje mayor; Filosilicatos: silicatos cuyos tetraedros están unidos por tres vértices constituyendo una malla plana indefinida, hexagonal y, bastante más raro, tetragonal; el enlace se asegura mediante los oxígenos, situados en el cuarto vértice, y todos ellos orientados en una misma dirección; la morfología externa de estos silicatos es laminar o foliácea, con exfoliación mu y fácil en dirección paralela a la base; el peso especifico y la dureza son bajas; Tectosilicatos: silicatos cuyos tetraedros están unidos por los cuatro v értices produciendo una especie de “jaula' indefinida, de malla compleja; la presencia de aluminio en lugar de silicio en el centro de algunos tetraedros permite que, en determinadas posiciones, se sitúen cationes más o menos establemente unidos. Prevalecen los silicatos de baja densidad y aspecto tosco, a pesar de que en algunos casos el retículo se orienta de modo q ue da lugar a formas alargadas o desarrolladas en dos direcciones. 7.4.-Escriba la ecuación de la formación de la sílice por deshidratación en acido.
El elemento se obtiene por reducción de sílice fundida con C a altas temperaturas. SiO2 + 2C(s) --- Si + 2 CO Si + 2Cl2 ----SiCl4 SiCl4(g) + 2H2(g) ------ Si(s) + 4HCl(g)
Sílice mezclada con carbonato de sodio y calcio a 1500oC, formándose silicatos desodio y calcio. Se forma un sólido amorfo (sin orden) Cerámicas: se pueden obtener cerámicas muy ligeras por deshidratación del ácidosilícico mediante procesos sol-gel (paso de dispersión coloidal a gel).
7.5.-Indique brevemente el fundamento de la determinación de la sílice impura
Se pesa el residuo de la calcinación a una cápsula pequeña de porcelana, se cubre con vidrio de reloj, se agregan unos mililitros de ácido clorhídrico (1+1) al poco residuo que queda en el crisol, y se pasa, lavando, la solución a la cápsula de porcelana. Se agrega 5 mL de ácido clorhídrico concentrado y 1 mL de ácido nítrico concentrado y se agita hasta que se disuelva. La solución se evapora a sequedad, a baño maría o sobre plancha a baja temperatura, a 110-120 ºC, con precaución. Se humedece la masa seca con 5 mL de ácido clorhídrico concentrado, se calienta y se deja reposar 5 minutos para disolver las sales básicas. Se agrega 20 mL de agua y se calienta a baño maría durante 10 minutos; se deshacen los terrones o grupos formados con un a varilla de vidrio. Cuando se ha disuelto lo soluble, se filtra por papel de filtro nro. 41 ó 541. Se lava el precipitado a fondo con ácido clorhídrico diluido (1+100) y, finalmente, una o dos veces con agua para eliminar casi totalmente el ácido. El filtrado y los lavados se evaporan reunidos, hasta sequedad, en la cápsula en que se efectuó el ataque, se calienta el residuo a 105-110 ºC, durante una hora, después, se toma con acido clorhídrico y se digiere como antes, empleando volúmenes pequeños de ácido clorhídrico y de agua. Se filtra el precipitado por un nuevo papel de filtro y se lava como antes. Se reserva el filtrado y los lavados reunidos para determinar los óxidos precipitables por amoníaco. Se colocan los dos papeles de filtro con los precipitados de sílice en un crisol, previamente pesado y se calcina a alta temperatura con un mechero tipo Méker. Se deja enfriar en un desecador y se pesa. Se calcula el tanto por ciento de dióxido de silicio (impuro).
8.- PROBLEMAS
8.1.- Una muestra de exactamente 5 gr de cemento produce un peso de 0.2010 gr de SiO2 impura después de tratarla apropiadamente .Determinar % p/p de SiO2 impura y el % p/p de Si de la sílice impura
8.2.- 25 ml de una disolución HCl se tratan con un exceso de AgNO3.El precipitado obtenido pesa 0.3931 gr. ¿Que peso de HCl estaba presente en los 25 ml de la disolución?
8.3.- 0.354 g de una muestra que contiene solo KBr y NaBr fueron tratados con Ag NO3(aq) hasta que todo el bromuro fue recuperado como 0.632 g de AgBr ¿Cuál es la fracción de bromuro de sodio en peso hay en la muestra original?
8.4.- Dada la ecuación:
BaCl2 + Na2SO4 ------- NaCl + BaSO
Calcular
¿Cuántos gramos de sulfato de sodio reaccionaran con 6 g de BaCl? Si se precipitan 4 g de sulfato de bario. ¿Cuantos gramos de Ba han sido añadidos a un exceso de sulfato de sodio?
9.- BIBLIOGRAFIA CONSULTADA.
AUSTIN, G. Manual de procesos químicos en la industria. Tomo I. 5 Ed. 1 Ed. Español. Graw Hill. México. 1989. Pág. 201-211.
FRITZ, J y SCHENK, G. Química Analítica Cuantitativa. 3Ed. Limusa. México. 1979. Págs. 78-86.
GARCIA ARENAS, J. Química Analítica. 2Ed. UIS. Bucaramanga. 1974. Pág. 50-59.
TAYLOR, H.F.W. La química de los cementos. Ediciones Urmo. Bilbao. 1967. Pág. 1-15.
SKOGG, D y WEST, D, HOLLER F. Química Analítica. 4Ed. Mc Graw-Hill. México. 1990
